MX2011001966A

MX2011001966A - Composicion y proceso para utilizar una emulsion de asfalto para convertir una superficie sin pavimentar en una superficie pavimentada.

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Publication number: MX2011001966A
Application number: MX2011001966A
Authority: MX
Inventors: Koichi Takamura; Armin Burghart; William J Kirk
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2011-05-25
Also published as: WO2010020580A1; US20100047015A1; CA2734875A1

Abstract

La invención es un método y formulación rentables para aplicaciones de pavimentación en frio, que pueden utilizarse para convertir una superficie sin pavimentar, tal como una carretera de grava o tierra, en una superficie pavimentada. El método incluye aplicar una emulsión de asfalto que comprende asfalto agua, uno o más emulsionantes y un polímero a una superficie sin pavimentar existente para proporcionar una capa de emulsión de asfalto. Un agregado entonces se deposita sobre la capa de emulsión para formar una superficie pavimentada. La emulsión de asfalto se formula para que pueda utilizarse en una gran variedad de condiciones y con agregado localmente disponible. La tasa de fraguado y la viscosidad de la emulsión de asfalto pueden seleccionarse para que puedan penetrar parcialmente en la superficie sin pavimentar para mejorar, además la estabilidad y resistencia a la lluvia de la carretera.

Description

COMPOSICIÓN Y PROCESO PARA UTILIZAR UNA EMULSIÓN DE ASFALTO PARA CONVERTIR UNA SUPERFICIE SIN PAVIMENTAR EN UNA SUPERFICIE PAVIMENTADA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona en general con la pavimentación de sistemas de caminos y, más particularmente, con un método y composición para pavimentar un camino sin pavimentar existente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Para muchos países en desarrollo, extensas porciones del sistema de caminos pueden comprender no más que una superficie nivelada hecha de tierra natural, grava, piedra, o materiales semejantes. Tales sistemas de caminos sin pavimentar pueden proporcionar desventajas significativas. En particular, los caminos sin pavimentar pueden no poseer la fuerza que es necesaria para soportar el tráfico vehicular. En muchos casos, los caminos sin pavimentar pueden construirse a partir de suelos nativos que se encuentran muy cerca del sitio del camino. Tales suelos nativos pueden carecer de la fuerza adecuada del suelo. La fuerza inadecuada del suelo puede llevar, a defectos en la superficie del camino, tales como surcos, ondulado, agrietado y cambios bruscos en la superficie de carga. Adicionalmente, la fuerza de los caminos sin pavimentar puede fluctuar durante el año debido a los cambios en las condiciones climáticas, lo que puede tener como resultado el comprometer la estabilidad y la capacidad de carga del camino. Por ejemplo, condiciones adversas de clima y carga, tales como variaciones de congelación-descongelación, y el encogimiento de secado y humectación/dilatación alternantes, pueden tener como resultado la formación de ondas, ondulaciones transversas, surcado, y forzado. Tales \ cambios en los caminos sin pavimentar pueden hacerlos inapropiados para su uso.

En muchos países, la falta de un sistema bien desarrollado de caminos y carreteras continúa presentando un obstáculo principal para el desarrollo económico. Por ejemplo, hay estudios que han establecido una relación significativa entre un bienestar económico del país y su infraestructura de caminos. Véase por ejemplo, Queiroz et. al. National Economic Development and Prosperity Related to Paved Road Infrastructure, TRANSPORTATION RESEARCH RECORD 1455, 147-152 (1994). Un sistema de carreteras bien desarrollado y mantenido puede proporcionar mejoras en el acceso a bienes y servicios, a la educación, y a oportunidades de empleo. Para desarrollar aún más las áreas rurales, puede ser deseable proporcionar una superficie lisa y libre de polvo con fuerza adecuada y resistencia a derrapes para tráfico ligero bajo condiciones secas, que todavía pueda mantener una resistencia adecuada durante un día o temporada lluviosa. Pavimentar puede proporcionar una solución posible a los sistemas de caminos rurales en desarrollo. Sin embargo, pavimentar en un entorno rural presenta Varios desafíos, tal como la falta de suministros disponibles; falta de la maquinaria necesaria y la mano de obra calificada necesaria para operar la maquinaria; y la proximidad de instalaciones de procesamiento al sitio de trabajo. Como resultado, el costo de pavimentar los sistemas de caminos rurales puede ser extremadamente caro. Esto puede ser' especialmente cierto en los países en desarrollo donde los recursos financieros pueden ser limitados.

Tres métodos comunes para pavimentar incluyen pavimentación con hormigón, pavimentación con asfalto caliente y pavimentación con asfalto frío. La pavimentación con hormigón puede ser indeseable a causa del costo alto de los materiales, el requisito de mano de obra calificada, y la necesidad de máquinas sofisticadas de pavimentación. En muchos casos, la combinación de hormigón tiene que ser transportada de una instalación de procesamiento al sitio de trabajo dentro de 1 a 1.5 horas para prevenir el fraguado prematuro de la combinación de hormigón. Tales requisitos típicamente no son prácticos para la pavimentación con hormigón en áreas rurales.

La pavimentación de asfalto con asfalto caliente también adolece de desventajas semejantes. En particular, el mezclado de asfalto caliente requiere generalmente tecnología de planta sofisticada donde el asfalto fundido se mezcla' con un agregado clasificado que se calienta a casi 200 ° C. En muchas aplicaciones también requiere un agregado triturado de nivelación apropiada, arena modificada, y de aditivos anti-separación. La combinación de asfalto caliente y agregado debe entregarse al sitio de pavimentación dentro de alrededor de 1 hora para prevenir el enfriamiento y el fraguado prematuros. Una vez en el sitio de pavimentación, una serie de máquinas de pavimentación, tales como esparcidores y compactadores, se utilizada para construir una superficie de asfalto. Además de maquinaria sofisticada, el uso de asfalto caliente también requiere trabajadores bien entrenados para operar la maquinaria. Como resultado, el mezclado de asfalto caliente tampoco es práctico en muchos entornos rurales.

La tercera técnica común de pavimentación es pavimentación en frío. La pavimentación en frío utiliza una emulsión de asfalto que puede almacenarse durante periodos de tiempo prolongados sin cuidado particular. Como resultado, las emulsiones de asfalto utilizadas en la pavimentación en frío pueden ser transportadas a través de distancias relativamente más largas en un vagón cisterna o contenedor de almacenamiento. Sin embargo, muchas técnicas de pavimentación en frío utilizan grados especiales de agregado que tiene que ser triturado y limpiado para proporcionar la adhesión adecuada entre el asfalto y el agregado. Proporcionar tal agregado típicamente requiere maquinaria y materia prima especializados. En muchos casos, tal materia prima puede no estar fácilmente disponible o puede ser extremadamente costosa de obtener. Como resultado, el uso del técnicas convencionales de pavimentación en frío tampoco puede ser práctico en entornos rurales.

De esta manera, existe una necesidad de una formulación de asfalto y un método que puedan ser utilizados para proporcionar carreteras pavimentadas en entornos rurales de manera eficiente.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un método y formulación rentables para aplicaciones de pavimentación en frío, que pueden utilizarse para convertir una superficie sin pavimentar, tal como tierra, grava, suelo, arcilla o arena, en una superficie pavimentada. En una modalidad, el método incluye aplicar una emulsión de asfalto (bitumen) que comprende asfalto, un emulsionante, un polímero, y agua a una superficie sin pavimentar existente para proporcionar una capa de la emulsión de asfalto. En una etapa subsecuente, un agregado se deposita sobre la capa de emulsión para formar una superficie pavimentada. La emulsión de asfalto se formula para que pueda utilizarse en una gran variedad de condiciones y con una gran variedad de agregados. La flexibilidad de la de emulsión de asfalto permite que se utilice con agregado que se encuentra localmente disponible. Como resultado, los costos asociados con agregado especializado, tal como la fabricación, envío, etc., pueden reducirse o pueden eliminarse. Adicionalmente, la emulsión de asfalto y el agregado pueden depositarse utilizando maquinaria que se utiliza en técnicas convencionales de sellado con gravilla. Como resultado, la necesidad de maquinaria especializada y mano de obra calificada puede reducirse o eliminarse, lo que puede tener como resultado ahorros adicionales.

Antes del fraguado de la emulsión de asfalto, el material agregado se deposita sobre la emulsión de asfalto previamente aplicada para formar una capa de uso exterior que es una mezcla de agregado y emulsión de asfalto. A continuación, la emulsión de asfalto se deja fraguar. Durante el fraguado, se forma una matriz de asfalto-polímero que une el agregado y las partículas del material base sin pavimentar previamente para formar en su conjunto una superficie pavimentada. La carretera pavimentada compuesta resultante es una combinación del agregado unido a asfalto y el material base unido a asfalto de la carretera sin pavimentar previamente. Una superficie pavimentada construida de acuerdo con la invención puede diseñarse para fraguar a una tasa más rápida en comparación con otros procesos convencionales. Como resultado, puede permitirse tráfico en el camino pavimentado más pronto de lo que puede ser posible de otro modo. En algunas modalidades, el camino pavimentado ha desarrollado resistencia suficiente para permitir el tráfico dentro de aproximadamente una hora o menos. La emulsión de asfalto puede formularse para fraguar dentro de los 15 a 30 minutos después de aplicar el agregado.

En algunas modalidades, la tasa de fraguado y la viscosidad de la emulsión de asfalto se seleccionan para que la emulsión de asfalto pueda penetrar por lo menos parcialmente en la superficie sin pavimentar a una profundidad deseada. Como se explica con mayor detalle a continuación, la profundidad deseada a la que penetra la emulsión de asfalto típicamente es dependiente de varios factores incluyendo la composición de la carretera sin pavimentar, el uso y nivel de tráfico esperados en la carretera, y las condiciones climáticas a las que la carretera se expone. En algunas modalidades, la emulsión de asfalto puede penetrar por lo menos 1.27 cm (0.5 pulgadas) en la superficie sin pavimentar, con una penetración entre 2.54 y 20.32 cm (1 y 8 pulgadas) siendo un tanto más preferido. Durante el fraguado, que también se refiere como ruptura, los componentes de asfalto y polímero en la emulsión se unen formar una matriz de asfalto-polímero que se interdispersa entre los materiales del material base (por ejemplo, grava, tierra, arcilla, suelo o arena) y sirve para unir estos materiales en su conjunto. Como resultado, la matriz de asfalto-polímero proporciona tanto estabilización como impermeabilización del material base.

Como se advierte anteriormente, la- emulsión de asfalto comprende asfalto, un emulsionante, un polímero, y agua. En una modalidad, la emulsión de asfalto comprende una emulsión (por ejemplo, una emulsión catiónica) que tiene una viscosidad de Brookfield entre 5 y 500 mPa*s a 25° C y, preferiblemente, entre 5 y 50 mPa*s a 25° C. La emulsión de asfalto seleccionarse del grupo que consiste en emulsiones de fraguado rápido, emulsiones de fraguado medio, emulsiones de fraguado acelerado, emulsiones de fraguado lento, y combinaciones de los mismos.

Los polímeros adecuados pueden' incluir látex de caucho de estireno-butadieno, látex de caucho natural, látex de policloropreno, copolímeros de poli(bloque de estireno-butadieno-estireno), látex de acrílico eléctricamente neutro o catiónico, copolímeros de acetato de etileno-vinilo, y las combinaciones de los mismos. En algunas modalidades, puede prepararse una emulsión concentrada de asfalto que tiene entre aproximadamente 50 y aproximadamente 80 por ciento en peso de asfalto con base en el peso de la emulsión concentrada de asfalto. En la emulsión concentrada de asfalto, la cantidad de polímero está entre 1 y 15 por ciento en peso, entre 2 y 8 por ciento en peso, o entre 3 y el 5 por ciento, con base en el peso del asfalto en la emulsión. La cantidad de emulsionante en la emulsión generalmente está entre 0.3 y 5 por ciento en peso, con base en el peso porcentual del asfalto en la emulsión. La emulsión concentrada de asfalto puede aplicarse a una capa base para producir la superficie pavimentada o diluida primero (por ejemplo, con agua) antes de aplicarse.

En algunas modalidades, un primer agregado se deposita sobre la capa de emulsión en una cantidad que se selecciona para producir espacios vacíos entre las partículas individuales de agregado. Un segundo agregado más pequeño entonces se aplica sobre el primer agregado. El segundo agregado tiene un tamaño promedio que es más pequeño que el primer agregado y puede llenar los espacios vacíos entre el primer agregado. Por ejemplo, un primer agregado, tal como agregado grueso, que tiene un tamaño promedio que está entre 0.635 y 1.905 cm (1/4 y 3/4 de pulgada) puede depositarse en la capa de emulsión. En algunas modalidades, la cantidad de primer agregado depositado se selecciona para producir una capa de agregado que tiene espacios vacíos. El primer agregado puede comprender de aproximadamente 35 a aproximadamente 70% de la cantidad total de agregado. Un segundo agregado, tal como agregado fino, que tiene un tamaño promedio que es más pequeño que el primer agregado se deposita para llenar los espacios vacíos entre el primer agregado. El primer y segundo agregados forman una capa exterior de la superficie pavimentada que es una combinación del primer y segundo agregados y la emulsión de asfalto. Preferiblemente, el segundo agregado tiene un tamaño promedio que está entre 0.008 y 0.635 cm (0.003 y 0.25 pulgadas) (por ejemplo, entre 0.008 y 0.254 cm (0.003 y 0.1 pulgadas)). La cantidad de segundo agregado generalmente está entre 30 y 65%, con base en la cantidad total del agregado.

En algunas modalidades, un agregado fino se deposita sobre la capa de emulsión sin la deposición de un agregado grueso. En esta modalidad, el agregado fino tiene típicamente un tamaño promedio que está entre 0.008 y 0.635 cm (0.003 y 0.25 pulgadas). En una modalidad más preferida, el agregado tiene un tamaño promedio entre aproximadamente 0.008 a 0.254 cm (0.003 a 0.1 pulgadas).

En algunas modalidades, el agregado comprende una mezcla de partículas de agregado que tienen una distribución de tamaño en donde aproximadamente 0.1 a 5% del agregado en peso tiene un tamaño que es menor a aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas), aproximadamente 20 a 65% del agregado en peso tiene un tamaño que está entre 0.254 y 0.635 cm (0.1 y 0.25 pulgadas); y aproximadamente 30 a 75% del agregado en peso tiene un tamaño que es de alrededor de 0.635 cm (0.25 pulgadas) o más grande.

De la discusión precedente, será aparente que la presente invención proporciona una formulación y método rentables que pueden utilizarse para convertir una superficie sin pavimentar existente, tal como una carretera sin pavimentar, en una carretera pavimentada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS De esta manera, habiendo descrito la invención en términos generales, ahora se hará referencia al dibujo adjunto, que no está dibujado a escala necesariamente, y en donde: La Figura 1 es una vista lateral en sección transversal de una superficie pavimentada que se prepara de acuerdo con un aspecto de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención ahora se describirá más completamente a continuación con referencia al dibujo adjunto, en él cual una, pero no todas las modalidades de la invención se muestran. En efecto, esta invención puede ser representada en muchas formas diferentes y no debe ser interpretada como limitada a las modalidades expuestas en este documento; más bien, estas modalidades se proporcionan para que esta descripción satisfaga requisitos legales aplicables. Aunque términos específicos sean empleados en este documento, ellos se utilizan en un sentido genérico y descriptivo solamente y no para propósitos de limitación. El término "que comprende" y las variaciones del mismo como se utiliza en este documento, se utilizan sinónimamente con el término "que incluye" y las variaciones del mismo y son términos abiertos, no limitantes. Números similares se refieren a elementos similares totalmente.

La invención es dirigida a un método y formulación para aplicaciones de pavimentación en frío, que pueden utilizarse para convertir una superficie sin pavimentar en una superficie pavimentada. El método incluye aplicar una emulsión de asfalto (bitumen) que comprende asfalto, agua, uno o más emulsionantes, y un polímero a una superficie sin pavimentar existente para proporcionar una capa de emulsión de asfalto. Un agregado entonces se deposita sobre la capa de emulsión para formar una superficie pavimentada. La emulsión de asfalto se formula para que pueda utilizarse en una gran variedad de condiciones y con agregado localmente disponible. En algunas modalidades, la tasa de fraguado y la viscosidad de la emulsión de asfalto se seleccionan para que pueda penetrar parcialmente en la superficie sin pavimentar para mejorar además la estabilidad y resistencia a la lluvia de la carretera. En otras modalidades, la emulsión de asfalto se adhiere a la superficie sin pavimentar con poca o ninguna penetración. La invención proporciona un método simplificado y rentable de convertir una carretera sin pavimentar existente en un camino pavimentado.

Con referencia a la Figura 1 , una vista lateral en sección transversal de una superficie pavimentada que está de acuerdo con un aspecto de la invención se ilustra y se designa en general por el número de referencia 10. La carretera pavimentada 10 incluye una capa de uso exterior 12 y una capa base 14. La capa base 14 comprende una superficie sin pavimentar previamente que se compone típicamente de grava, tierra, suelo, arcilla, arena o las combinaciones de ello. Es la capa base 14 la que proporciona apoyo para la capa de uso superior 12. En el contexto de la invención, el término "grava" se refiere a partículas de tamaño y dimensiones variables que pueden incluir piedras y escombro, mientras que la tierra, suelo, arcilla y arena incluyen partículas generalmente más pequeñas que la grava.

En algunas modalidades, la capa base 14 incluye una porción superior 16 y una porción inferior 18, que en la Figura 1 se representa dividida por la línea de puntos 20. Aquí, la línea de puntos 20 representa la profundidad de penetración dé la emulsión de asfalto en la capa base 14. La porción superior 16 comprende la región de la capa base en la que la matriz de asfalto-polímero 22 se interdispersa entre partículas individuales de la capa base y unen las partículas en conjunto, y la porción inferior define una región de la capa base que es substancialmente libre de la matriz de asfalto-polímero.

La capa de usó exterior 12 comprende una mezcla de agregado de tamaño variable. El agregado comprende preferiblemente una combinación de partículas de agregado de tamaño variable para que las partículas de agregado más pequeñas puedan llenar efectivamente los vacíos entre partículas de agregado más grande. En la modalidad ilustrada, la capa de uso exterior 12 incluye un primer agregado 24 y un segundo agregado 26. El primer agregado se deposita para que haya espacios vacíos 28 entre las partículas individuales de agregado 26. El segundo agregado 26 se deposita preferiblemente después del primer agregado y llena los espacios vacíos 28. El primer y segundo agregado 24 y 26 se unen en su conjunto con la matriz de asfalto-polímero 22. La superficie pavimentada resultante proporciona la durabilidad y la fuerza mejoradas. En algunas modalidades, una porción 30 del primer agregado puede extenderse por arriba de la matriz de asfalto-polímero para ayudar a aumentar las propiedades de resistencia al resbalamiento de la superficie pavimentada.

En algunas modalidades, puede prepararse una emulsión concentrada de asfalto. El asfalto (bitumen) contenido puede estar entre aproximadamente 30 y 80, entre aproximadamente 50 y 80, entre aproximadamente 50 y 75, o entre aproximadamente 55 y 70 por ciento en peso con base en el peso de la emulsión concentrada de asfalto. El bitumen tiene preferiblemente un diámetro medio de partícula de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 mieras, más preferiblemente, aproximadamente 2 a aproximadamente 3 mieras. La cantidad de polímero está entre aproximadamente 1 y 15, entre aproximadamente 2 y 8, o entre aproximadamente 3 y 5 por ciento en peso, con base en el peso del asfalto en la emulsión (es decir, entre 1 y el 6 por ciento y preferiblemente entre 1.5 y el 3.8 por ciento con base en el peso de la emulsión de asfalto). La cantidad de emulsionante en la emulsión generalmente está entre 0.3 y 5 por ciento en peso, con base en el peso porcentual del asfalto en la emulsión, (es decir, entre 0.15 y el 3.8 por ciento con base en el peso de la emulsión de asfalto).

En algunas modalidades, la emulsión concentrada de asfalto puede aplicarse a una capa base para producir la superficie pavimentada, particularmente cuando formulaciones de viscosidad más alta son deseadas, por ejemplo, cuando se pavimenta una superficie cubierta de tierra arenosa. En algunas modalidades sin embargo puede ser favorable diluir la emulsión concentrada con agua a un contenido del asfalto de entre aproximadamente 25 y 50% en peso para proporcionar las viscosidades inferiores, por ejemplo, al pavimentar una superficie de arcilla. En las emulsiones concentradas y diluidas de asfalto, la proporción de peso del asfalto al polímero típicamente es de 12.5:1 a 50: 1, y más preferiblemente de 20: 1 a 33:1. La proporción del peso del asfalto al emulsionante típicamente es de 20:1 a 333: 1. Por ejemplo, una emulsión diluida de asfalto puede Incluir entre aproximadamente 25 y aproximadamente 50 por ciento en peso de asfalto, entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 4 por ciento en peso de polímero, entre aproximadamente 0.08 y aproximadamente 2.5 por ciento en peso de emulsionante, con base en el peso de la emulsión diluida de asfalto, y el equilibrio incluyendo agua y cualquier ácido para ajustar el pH (por ejemplo, HCI).

Las emulsiones de asfalto pueden formularse para que la viscosidad y tasa de fraguado permitan que la emulsión de asfalto penetre rápida y profundamente en la superficie sin pavimentar. En una modalidad, la emulsión de asfalto tiene una viscosidad de Brookfieid de menos de aproximadamente 500 mPa*s a 25° C. Preferiblemente, la emulsión de asfalto tiene una viscosidad de Brookfieid de aproximadamente 5 a aproximadamente 250 mPa*s a 25° C, y más preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 mPa*s a 25° C. En algunas modalidades, la emulsión de asfalto puede tener una viscosidad de Brookfieid que es menor a aproximadamente 35 mPa*s (por ejemplo, aproximadamente 5 a aproximadamente 35 mPa*s), por ejemplo, entre 5 y 20 mPa*s, particularmente para uso con capas base menos porosas como la arcilla. Para algunas capas base, tal como arena o tierra arenosa, que son altamente porosas, pueden preferirse viscosidades de Brookfieid más altas, por ejemplo, mayores a 50 mPa*s a 25° C. En algunas modalidades, la emulsión se formula para tener un tiempo de fraguado de menos de aproximadamente 60 minutos, y más preferiblemente menor a aproximadamente 30 minutos.

Como se discute brevemente antes, el proceso incluye preferiblemente aplicar una emulsión de asfalto que penetra rápida y profundamente en el material base. Aunque la profundidad exacta a la que la emulsión de asfalto penetre dependerá típicamente de la composición del material base, generalmente es deseable que la emulsión de asfalto penetre a una profundidad de por lo menos 1.27 cm (0.5 pulgadas). En algunas modalidades, la emulsión de asfalto puede penetrar a una profundidad mayor a aproximadamente 2.54, 5.08, 7.62, 10.16, 12.7, 15.24 y 20.32 cm (1 , 2, 3, 4, 5, 6, y 8 pulgadas). En aplicaciones donde el material base se comprende de aproximadamente 50% o más de arena (por ejemplo, las partículas que pasan un tamiz de 0.508 cm (0.2 pulgadas) (No. 4) y se retienen en un tamiz de 0.008 cm (0.003 pulgadas) (No. 200)), generalmente es deseable para la emulsión de asfalto penetrar a una profundidad que va de aproximadamente 2.54 a 20.32 cm (1 a 8 pulgadas). Además de penetrar el material base, la emulsión aplicada de asfalto también proporciona una capa de superficie en que el agregado se deposita para formar la capa de uso exterior del camino pavimentado. Esta capa de superficie de emulsión de asfalto generalmente es de 0.025 a 0.191 cm (0.01 a 0.075 pulgadas) de espesor. En algunas modalidades, la capa de superficie de emulsión de asfalto es de aproximadamente 0.127 cm (0.05 pulgadas) de espesor. Esta capa de superficie llega a ser la capa de uso exterior 12 con el fraguado de la emulsión de asfalto.

La emulsión de asfalto puede aplicarse a la superficie utilizando una variedad de técnicas, tal como rociar. En algunas modalidades, la emulsión de asfalto se aplica utilizando una técnica de roclo que es semejante a la utilizada para aplicar emulsiones de asfalto de fraguado rápido (por ejemplo, CRS) en tratamientos de superficie de sellado con gravilla. La emulsión de asfalto puede rociarse al utilizar equipo que se usa en aplicaciones convencionales de sellado con gravilla. Preferiblemente, la emulsión de asfalto se rocía a una tasa de aplicación que es aproximadamente 2 a 3 veces la tasa de rocío que se utiliza en aplicaciones convencionales de sellado con gravilla. La tasa más alta de rocío ayuda a mejorar la penetración de la emulsión de asfalto en el material base. Generalmente, la emulsión de asfalto se rocía a una tasa de aplicación que es aproximadamente 1.5 a 7.5 l/m2. Más preferiblemente, la emulsión de asfalto se rocía a una tasa de aplicación de aproximadamente 3 a aproximadamente 6 l/m2.

A veces el material base puede comprimirse severamente, lo que puede tener como resultado que la emulsión de asfalto no penetre adecuadamente el material base. En tales casos, puede ser deseable separar una porción del material base antes de aplicar la emulsión de asfalto. En otros casos, el material base puede ser modificado para absorber más fácilmente la emulsión de asfalto. Por ejemplo, un material que tiene una permeabilidad relativamente más alta, tal como arena, puede mezclarse con el material base comprimido. Como resultado, el arena permitirá más fácilmente la penetración de la emulsión de asfalto en el material base.

En una modalidad, la emulsión de asfalto se une al material base con poca o ninguna penetración. Por ejemplo, el material base puede comprender un material comprimido que proporciona apoyo adecuado sin la necesidad de estabilización adicional. En tal caso, la emulsión de asfalto puede ayudar, a proporcionar resistencia al agua a la capa base 14 y proporcionar la capa de superficie en que el agregado se deposita.

Después de que la emulsión de asfalto sea aplicada, el agregado se deposita sobre la capa previamente aplicada de emulsión de asfalto para formar la capa de uso exterior de la superficie pavimentada. El agregado realiza varias funciones útiles incluyendo: 1) transmitir, la carga de la superficie del pavimento hacia abajo al material base; 2) proporcionar una superficie de desgaste para resistir a la acción abrasiva del tráfico; y 3) proporcionar una superficie antideslizante. En algunas modalidades, una porción del agregado se puede extender ligeramente por arriba de la superficie normal con lo cual se proporciona una superficie rugosa a la que los neumáticos pueden sujetarse. El agregado puede estar "empotrado" en la emulsión de asfalto de la capa de superficie por arrollado u otros medios.

En la presente invención, la emulsión de asfalto puede formularse para penetrar en el material base. Como resultado, la tasa de fraguado del asfalto no es tan sensible a la composición . acumulada utilizada, particularmente comparada con el tratamiento convencional del sellado con gravilla. Esto proporciona varias ventajas. Primero, una gran variedad de agregado diferente puede utilizarse para construir la superficie pavimentada. Esto puede ser especialmente favorable en entornos rurales donde puede ser deseable utilizar materiales localmente disponibles como la fuente del agregado. Utilizar material localmente disponible puede reducir o puede eliminar la necesidad de utilizar agregado que tiene un tamaño específico o un agregado en donde cada partícula tiene un tamaño uniforme. Como resultado, la necesidad del equipo de procesamiento sofisticado para triturar la materia prima de agregado puede eliminarse. Adicionalmente, el uso de materiales localmente disponibles también reduce la necesidad de transportar agregado sobre distancias largas para alcanzar el sitio de trabajo. En segundo lugar, la necesidad de lavar el agregado también puede reducirse o puede eliminarse. Como resultado de estas ventajas, la invención proporciona ahorros significativos de costo en comparación con métodos actuales de construir caminos pavimentados.

En una modalidad, el agregado comprende una mezcla de partículas que tienen tamaños y formas variables. El agregado comprende típicamente un agregado mineral que comprende piedra triturada, tierras trituradas o sin triturar, incluyendo gravas y arenas, escoria, relleno mineral, o las combinaciones de ello. Dependiendo de la geología local, el agregado también puede incluir lava vesicular y coral. El agregado puede seleccionarse de grueso, fino, y las combinaciones de ello. Típicamente, el agregado comprende una mezcla de partículas dimensionadas diferentes que tienen tamaño que va de menos de aproximadamente 0.008 cm (0.003 pulgadas) a aproximadamente 1.27 cm (0.5 pulgadas) o más grande.

El agregado grueso se refiere generalmente al material que es demasiado grande para pasar por un tamiz del No. 4 (0.508 cm (0.2 pulgadas)), tal como se determina de acuerdo con ASTM D-692-88. El agregado fino se refiere generalmente al material que pasa por un tamiz del No. 4 (menos de 0.2 pulgadas), pero es retenido predominantemente en un tamiz del No. 200 (mayor a 0.008 cm (0.003 pulgadas)). El agregado fino puede ser medido de acuerdo con ASTM D-1073-88.

El agregado también puede ser clasificado según estándares de ISSA como agregado Tipo I, II o III. El tamaño de agregado Tipo I y Tipo II es abarcado generalmente por la definición de agregado fino. El agregado Tipo I típicamente es más pequeño que aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas) (tamiz del No. 8), pero generalmente es mayor a aproximadamente 0.008 cm (0.003 pulgadas) (tamiz del No. 200). En algunas modalidades, el agregado Tipo I puede tener un tamaño de agregado promedio que es menor a aproximadamente 0.005 cm (0.002 pulgadas) (aproximadamente 45 mieras). El Tipo II también es abarcado aproximadamente por la definición de agregado fino y es más grueso que un agregado Tipo I. El agregado Tipo II tiene típicamente un tamaño de agregado máximo de aproximadamente 0.508 cm (0.2 pulgadas) o menos. El agregado Tipo III incluye generalmente agregado fino y grueso. El agregado Tipo III tiene típicamente un tamaño de agregado promedio de aproximadamente 0.127 a 0.254 cm (0.05 a 0.10 pulgadas), con un tamaño de agregado máximo de aproximadamente 1.27 cm (0.5 pulgadas).

En algunas modalidades, el agregado comprende un primer agregado que tiene un tamaño promedio de partícula que es aproximadamente 0.635 cm (0.25 pulgadas) o más grande, y un segundo agregado que tiene un tamaño promedio de partícula que es menor al tamaño promedio de partícula del primer agregado. Por ejemplo, en una modalidad, el primer agregado comprende una mezcla de partículas que tienen un tamaño promedio mayor a aproximadamente 0.635 cm (0.25 pulgadas), y el segundo agregado comprende una mezcla de partículas de agregado fino que tienen un tamaño promedio que es menor a aproximadamente 0.635 cm (0.25 pulgadas), y más preferiblemente menor a 0.254 cm (0.1 pulgadas). En otra modalidad, el agregado comprende una mezcla de partículas que tienen la distribución siguiente de tamaño: Aproximadamente 5% o menos del agregado en peso es menor a aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas); aproximadamente 20 a 65% del agregado en peso están entre 0.254 y 0.635 cm (0.1 y 0.25 pulgadas), y aproximadamente 30 a 75% del agregado en peso son mayor a aproximadamente 0.635 cm (0.25 pulgadas). Todavía en otra modalidad, el agregado tiene una distribución de tamaño en donde aproximadamente 5% o menos del agregado en peso es menor a aproximadamente 0.008 cm (0.003 pulgadas): Aproximadamente 20 a 30% del agregado en peso están entre 0.008 y 0.254 cm (0.003 y 0.1 pulgadas), y aproximadamente 65 a 75% del agregado en peso es mayor a aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas) o más grande.

En algunas modalidades, la capa de uso exterior se forma depositando una primera capa de agregado grueso que tiene un tamaño promedio que es de alrededor de 0.635 y 1.905 cm (1/4 y 3/4 de pulgada). Preferiblemente, el primer agregado puede ser depositado en la capa de emulsión de asfalto a una tasa baja de aplicación, por ejemplo, aproximadamente 1/3 a 1/2 la tasa que se utiliza en aplicaciones convencionales de sellado con gravilla. La tasa típica de la aplicación de agregado es de 5 a 15 kg/m2. A consecuencia de esta tasa baja de aplicación, pequeños vacíos o huecos son creados entre las partículas individuales de agregado. El primer agregado forma una capa acumulada en donde hasta aproximadamente 70% y, preferiblemente, entre 35 y 50%, del área de la capa acumulada incluye espacios vacíos entre las partículas individuales de agregado. En una siguiente etapa, un segundo agregado que tiene un tamaño más pequeño de partícula (por ejemplo, Tipo I o Tipo II) se deposita sobre el primer agregado y llena estos espacios vacíos. La emulsión de asfalto entonces se deja fraguar para formar la capa de uso exterior 12 de la superficie pavimentada. Preferiblemente, la distribución de tamaño de partícula de agregado se selecciona para proporcionar un asfalto densamente o bien nivelado. En algunas modalidades, el agregado puede depositarse utilizando un esparcidor de sellado con gravilla que se ha modificado para tener dos cajas separadas de esparcidor para que los dos tipos de agregado de tamaños diferentes puedan depositarse uno tras otro en una operación única. En otras modalidades, los varios tipos de agregado (por ejemplo, el primer y segundo agregado) pueden depositarse simultáneamente.

En algunas modalidades, un polvo fino, tal como relleno mineral, puede ser combinado con el agregado para ayudar al aumento de la tasa de fraguado de la emulsión de asfalto. Los polvos finos también pueden utilizarse para ayudar a reducir o prevenir el sangrado del asfalto. El polvo fino puede presentarse en cantidades de aproximadamente 0.1 a 5 por ciento en peso, y más típicamente en cantidades de aproximadamente 0.5 a 2 por ciento en peso, con base en el peso total del agregado. Los polvos finos que pueden utilizarse en la práctica de la invención incluyen relleno mineral, tal como cal hidratada, polvo de piedra caliza, cemento de Portland, sílice, alumbre, ceniza volante, y las combinaciones de ello. El relleno mineral se refiere generalmente a un producto mineral finamente dividido en donde por lo menos el 65 por ciento del cual pasará por un tamiz del No. 200, y tiene típicamente un tamaño promedio que es menor a 0.008 cm (0.003 pulgadas).

En algunas modalidades, el agregado puede humedecerse con de aproximadamente 4 a aproximadamente 16 partes en peso de agua, más preferiblemente, de aproximadamente 8 a aproximadamente 15 partes en peso de agua, por 100 partes de agregado, antes de depositarse en la capa de emulsión de asfalto. La cantidad de agua agregada típicamente es dependiente del contenido fino y su actividad en el agregado.

Un segundo tratamiento de emulsión de asfalto puede aplicarse a la carretera antes o después de que el agregado se ha depositado. La segunda capa de la emulsión de asfalto puede utilizarse para proporcionar fuerza e integridad adicionales al camino pavimentado. Dado que la penetración del material base ya no es una preocupación, la segunda emulsión de asfalto puede tener una tasa de fraguado relativamente rápida, por ejemplo, en la orden de 10 a' 30 minutos. En esta modalidad, una emulsión de fraguado rápido, tal como CRS-1 o CRS-2 puede utilizarse para el segundo tratamiento.

Como se advierte anteriormente, la emulsión de asfalto comprende una mezcla de asfalto, agua, emulsionante, y polímero. La formulación de la emulsión de asfalto puede, variar dependiendo de las propiedades deseadas y el uso final de la superficie que se pavimentará. En algunas circunstancias la viscosidad y la tasa de fraguado de la emulsión de asfalto pueden seleccionarse con base en la composición del material base que se pavimentará. Por ejemplo, si el material base consiste en un conglomerado de partículas relativamente flojas por el que la emulsión de asfalto puede penetrar de manera relativamente fácil, puede ser deseable utilizar una emulsión que tiene una viscosidad más alta y tasa de fraguado más rápida. Por otro lado, si el material base es compuesto principalmente de tierras comprimidas, tal como la arcilla, puede ser deseable utilizar una emulsión de asfalto que tiene una viscosidad relativamente baja y una tasa de fraguado lenta para que la emulsión de asfalto pueda penetrar más fácilmente en la superficie.

Las emulsiones de asfalto son clasificadas generalmente por cuán rápidamente la emulsión fraguará. Los términos RS, MS, QS y SS han sido adoptados para simplificar y estandarizar esta clasificación. Son términos relativos y. significan fraguado rápido, fraguado medio, fraguado acelerado, y fraguado lento, respectivamente. La categoría para una emulsión dada puede ser determinada según ASTM D-2397, cuyo contenido por la presente es integrado para referencia. Típicamente, una emulsión RS tiene poca o ninguna capacidad de mezclarse con un agregado porque fragua demasiado rápidamente, una emulsión MS es mezclada típicamente con agregado grueso, y una emulsión SS puede ser mezclada con un agregado fino. Las propiedades de fraguado de las emulsiones QS están típicamente en algún lugar entre las emulsiones MS y SS.

Las emulsiones de asfalto son subdivididas aún más por una serie de números relacionados a la viscosidad de la emulsión de asfalto y dureza de los cementos de asfalto base. La letra "C" delante del de tipo emulsión denota catiónico. La ausencia de la "C" denota aniónico o no iónico. Por ejemplo, el RS-1 es aniónico o no iónico y CRS es catiónico.

Las emulsiones de asfalto adecuadas para el uso en la invención incluyen emulsiones SS, CSS, CQS, QS, MS, y CM, y las combinaciones de ello. En algunas modalidades, la emulsión de asfalto es catiónica y se selecciona del grupo que consiste en CSS-1 , CSS-1 h, CMS-1 , CMS-1 h y CQS-1h, y las combinaciones de ello. Además, la emulsión de asfalto puede comprender una emulsión CRS-2 que es combinada con una emulsión de fraguado más lento como CQS para con lo cual modificar las características de humectación y fraguado de la emulsión original de asfalto para lograr una penetración deseada en el material base. En otras modalidades, una emulsión de fraguado rápido puede utilizarse y puede ser combinada con emulsionantes adicionales para ralentizar la tasa de fraguado de la emulsión.

En algunas modalidades, la emulsión de asfalto es una emulsión de asfalto de fraguado acelerado que tiene una viscosidad de Brookfield que está entre 5 y 35 mPa*s y, preferiblemente, entre 5 y 20 mPa*s. Una emulsión CQS puede ser particularmente útil en la práctica de la invención para varias razones. En muchas técnicas convencionales de pavimentación y acabado, la emulsión de asfalto tiene que formularse particularmente para el tipo de agregado a utilizarse y las condiciones locales del clima. El método de la presente invención generalmente no es limitado por estos inconvenientes porque el agregado se deposita directamente en la emulsión de asfalto, antes que mezclarse con la emulsión de asfalto. Adicionalmente, la tasa de fraguado se selecciona generalmente permitir penetración en el material base. Como resultado, la cantidad de agregado fino generalmente es menor a otras técnicas y el rompimiento prematuro no es una preocupación significativa. Esto permite que una emulsión única de asfalto CQS sea utilizada en una gran variedad de condiciones de pavimentación que pueden ser encontradas. El CQS entonces puede ser modificado por dilución para tener la tasa deseada de penetración. Adicionalmente, las características fraguado de la emulsión de CQS pueden ser modificadas por la inclusión de relleno mineral, tal como cal, en su conjunto.

En algunas modalidades, la tasa de fraguado puede ser ajustada controlablemente combinando la emulsión de asfalto con uno o más componentes adicionales (por ejemplo, emulsionantes) que permite que la tasa de fraguado de la emulsión pueda cambiarse. Por ejemplo, si una tasa de fraguado más rápida es deseada, una emulsión de CRS puede ser añadida a una emulsión de asfalto que tiene una tasa de fraguado relativamente más lenta con lo cual aumentar la tasa de fraguado. Esto puede ser particularmente útil en aplicaciones donde el material base comprende un conglomerado relativamente flojo de partículas, tal como arena. Por otro lado, si el material base es un material relativamente más compacto, puede ser deseable ralentizar la tasa de fraguado para que la emulsión de asfalto tenga tiempo suficiente para penetrar el material base. Los métodos para ralentización de la tasa de fraguado incluyen agregar emulsionantes de fraguado más lento y diluir la emulsión de asfalto con agua, por ejemplo. En una modalidad, la emulsión puede comprender una emulsión de CRS que es diluida para disminuir su viscosidad y tasa de fraguado. Por ejemplo, la viscosidad y la tasa de fraguado de una emulsión de CRS pueden modificarse por dilución con aproximadamente 30, 50, 65, y hasta 70 por ciento de agua.

Como se advierte anteriormente, la cantidad de polvos finos en su conjunto puede ser ajustada para aumentar la tasa de fraguado de la emulsión de asfalto. Generalmente, cantidades más grandes de partículas finas en su conjunto tiene como resultado más rápidas tasas de fraguado para la emulsión de asfalto. Selectivamente, ajusfar la cantidad de partículas finas en su conjunto puede tener varias ventajas. Por ejemplo, puede permitir inicialmente que la emulsión de asfalto se formule para tener una tasa de fraguado que permita qué esa emulsión de asfalto penetre en el material base. A continuación, cuando el agregado se deposita, la cantidad de partículas finas en su conjunto puede seleccionarse para permitir un rompimiento más rápido de la emulsión para que el camino pavimentado resultante pueda fraguar a una tasa más rápida.

En algunas modalidades, la emulsión de asfalto puede ser ajustada en el sitio de trabajo mezclando selectivamente uno o más componentes adicionales con la emulsión de asfalto. Esto puede ser logrado agregando los componentes adicionales directamente al tanque de almacenaje del que la emulsión de asfalto se aplica, o mezclando los componentes adicionales con la emulsión de asfalto como se aplica al material base.

La capacidad de controlar selectivamente la viscosidad y la tasa de fraguado de la emulsión de asfalto proporcionan varias ventajas. Por ejemplo, la composición de una carretera sin pavimentar puede variar por su longitud. Como resultado, una emulsión de asfalto que proporciona una penetración deseada por una porción de la carretera puede no tener penetración adecuada en una porción posterior de la carretera. Ajusfar la tasa de fraguado y la viscosidad de la emulsión de asfalto local ayudan a eliminar la necesidad de suministrar/preparar nuevas formulaciones cuando se encuentran cambios en la composición del material base. Como resultado, el proceso de pavimentación puede ayudar a reducir costos y demoras que de otro modo pueden ser asociados con tales cambios en el material base. Adicionalmente, puede ayudar a proporcionar una superficie más fuerte y más duradera del camino porque una formulación hecha a la medida para una composición específica puede hacerse más fácilmente disponible.

En algunas modalidades, la emulsión de asfalto incluye uno o más polímeros catiónicos de látex. Por consiguiente, la emulsión de asfalto incluye preferiblemente un emulsionante catiónico. Una gran variedad de emulsionantes catiónicos diferentes puede utilizarse en la práctica de la invención incluyendo emulsionantes CRS, CSS, CQS, y CMS. Emulsionantes particularmente preferidos incluyen emulsionantes que se utilizan generalmente en emulsiones CQS, tal como Redicote® C-404, C-320, C-450, C-462, C- 471 , C-480, y Redicote® E9A todo de Akzo Nobel; e Indulin W-1 , W-5, MQ , MQK-IM, QTS, todo de Mead Westvaco.

Las emulsiones de asfalto utilizadas en la invención pueden tener pH en la gama de 1.0 a 3.5. De esta manera, pueden utilizarse emulsiones de asfalto con más alto pH que las que se utilizan típicamente en aplicaciones de sello de lechada y microacabado, que tienen típicamente un pH de 1.0 a 1.5. Estas emulsiones de asfalto son hechas con asfalto que tiene un número ácido alto y el pH más bajo es logrado por el uso de ácidos como clorhídrico, fosfórico, sulfúrico y oxálico. Generalmente, se ha sabido que emulsiones de asfalto que tienen más alto pH no desarrollan suficiente cohesión o tienen un desarrollo lento de cohesión que tiene como resultado aumentar el tiempo de curado necesario antes que la superficie nuevamente pavimentada pueda ser abierta al tráfico. No obstante, emulsiones más altas en pH pueden utilizarse en las formulaciones de asfalto de la invención.

La emulsión de asfalto se prepara típicamente preparando primero una solución de jabón que contiene agua y uno o más tensoactivos, y entonces se ajusta el pH de la solución de jabón utilizando un ácido como HCI como se menciona arriba. La solución del jabón y el asfalto precalentado entonces se bombea generalmente a un molino de coloide donde el mezclado de alto cizallamiento produce la emulsión de asfalto que tiene gotitas de asfalto dispersas en el agua.

Típicamente las emulsiones de asfalto se modifican en polímero, por ejemplo, para aumentar la fuerza y la durabilidad de las formulaciones de pavimentación en frío resultantes basadas en asfalto, y para disminuir los tiempos de curado de estas formulaciones. Típicamente, un látex de polímero es añadido a la solución de jabón y la emulsión de asfalto es producida como se discute arriba. Alternativamente, el látex de polímero puede ser añadido a la emulsión de asfalto después de que haya sido preparada o el látex de polímero puede ser combinado con el asfalto antes de mezclar el asfalto con la solución de jabón para producir la emulsión de asfalto.

Látex de polímero convenientes para el uso en las formulaciones incluyen SBR catiónico (caucho de estireno-butadieno) látex, látex de caucho natural, y látex de policloropreno (por ejemplo, látex NEOPRENE® disponibles del E.1. Du Pont de Nemours). Los látex de acrílicos eléctricamente neutrales o catiónicos como los descritos en las Solicitudes de Patente Pendientes de E.U. Nos. 11/399,816, 11/400,623 y 11/868,236, que por la presente son integrados para referencia en su totalidad. Los copolímeros de bloque SBS (poli(estireno-butadieno-estireno)) y copolímeros EVA (acetato de etileno-vinilo) también pueden utilizarse pero deben ser agregados típicamente en forma lenta al asfalto calentado (por ejemplo, 160-170° C) y entonces someterse a mezclado de alto cizallamiento.para dispersar el polímero en el asfalto antes de formar la emulsión de asfalto. Preferiblemente; un látex catiónico de SBR es utilizado en la emulsión de asfalto. La emulsión catiónica del látex de SBR incluye típicamente entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 10%, y más preferiblemente, entre aproximadamente 1.0% y aproximadamente 4,0%, en peso de tensoactivos catiónicos. La emulsión del látex de SBR es incluida típicamente en la emulsión de asfalto en una cantidad de más de 0 a aproximadamente 10%, más preferiblemente de 2.0 a 10%, y aún más preferiblemente de 2.0 a 5% en peso, con base en el peso de sólidos de polímero en peso de asfalto. Los látex catiónicos convenientes de SBR para el uso en la invención incluyen BUTONAL® NX1118, NX1138 y NS198, disponibles comercialmente de BASF Corporation.

Como será aparente de la descripción anterior, la presente invención puede utilizarse para proporcionar un método eficiente y bajo de costo para convertir un camino sin pavimentar en .una superficie pavimentada. La flexibilidad de la invención permite la pavimentación de una gran variedad de materiales base y también permite el uso de materiales localmente disponibles como agregado.

La presente invención puede utilizarse aún más para pavimentar caminos, lotes de aparcado, pistas de aterrizaje, rutas ecológicas, carriles para ciclistas, y similares. La pavimentación de estas superficies les proporciona fuerza y resistencia aumentadas a la erosión de viajeros, al también proteger la ruta de la erosión de viento y agua, ahorrando potencialmente una futura reparación costosa. La superficie pavimentada también puede ser accesible a muchos tipos de vehículos, así como personas con incapacidades que pueden estar viajando en un medio alternativo, como, por ejemplo, una silla de ruedas, proporcionando una superficie lisa y compacta de viaje. Los viajeros en senderos pavimentados se beneficiarían aún más de la reducción de partículas de polvo y control del crecimiento vegetativo que crea una ruta más pasable y segura.

Los ejemplos siguientes se proporcionan para propósitos ilustrativos solamente y no deben interpretarse como limitantes de la invención. Excepto donde se advierte de otro modo, la viscosidad de Brookfield es medida a 25° C a 20 Rpm y la viscosidad de Saybolt Furol (SFS) es medido a 50° C utilizando ASTM D2397.

EJEMPLOS Preparación de Emulsión de Asfalto CQS Una emulsión de polímero CQS-2 modificada con látex fue preparada con asfalto Ergon® AC-20, 3% en peso de Butonal® NX11 18 con base en el peso total del asfalto, y una solución de jabón que contiene cantidades iguales de Redicote® C-404 y Redicote® E9A (Akzo Nobel) en un cantidad total de 2.4% en peso con base en el peso total del asfalto. El pH de la solución de jabón fue ajustado a aproximadamente 1.0 con HCI. La emulsión de asfalto tuvo un contenido de asfalto de 65% en peso, 2% en peso de Butonal® NX1118, y 1.5% en peso total del Redicote® C- 404 y Redicote® E9A. La viscosidad de la emulsión CQS-2 fue 375 mPa*s a 25° C (la viscosidad de Brookfield a 20 Rpm), que es aproximadamente 180 segundos utilizando el Saybolt Furol (SFS), y el pH=1.2. La emulsión resultante fue diluida a 45% con agua para tener una viscosidad de Brookfield de 35 mPa*s (SFS<20 segundos). La dilución adicional a 30% tuvo como resultado una viscosidad dé Brookfield de 5 mPa*s. La emulsión de asfalto fue estable y puede almacenarse a temperatura ambiente.

Preparación de Emulsión de Asfalto CRS-2 Una emulsión CRS-2 modificada con látex fue preparada con asfalto Ergon® AC-5, 3% en peso de Butonal® NX11 18 con base en el peso total del asfalto, y una solución de jabón que contiene 0,45% en peso de Redicote® E-4819 con base en el peso total del asfalto. El pH de la solución de jabón fue ajustado a ligeramente debajo de 2.0 con HCI. La emulsión de asfalto preparada tuvo un contenido de asfalto de 71 % en peso, 2, 1 % en peso de Butonal® NX11 18, y 0.30% en peso de Redicote® E-4819. La emulsión tuvo una viscosidad de Brookfield de 2950 mPa*s (SFS de 1400 s) a 50° C y un pH=2.1.

Ejemplo 1 : La adherencia de la Superficie Pavimentada a un Material base de Fieltro El método de Prueba ASTM D7000-4 fue utilizado para probar la adherencia de la superficie pavimentada a un material base subyacente. Una plantilla borrada de acero inoxidable de 280 mm de diámetro fue recortada y colocada en un disco de fieltro de asfalto de 30 cm X 36 cm (30 Ib. papel de fieltro de asfalto, ASTM D226). 80 g de la emulsión de asfálto al 65% se repartió de manera uniforme dentro de la abertura del plato de borrado. 250 g de agregado grueso sin lavar (100% pasando a través de un tamiz de 9.5 mm y < 1% pasando a través de un tamiz #4) fueron inmediatamente extendidos sobre la emulsión de asfalto mojado. La cantidad total del agregado propagado en el fieltro se aproximó a cerca de 1/2 de la tasa típica de aplicación para una aplicación de sellado de gravilla. 250 g de agregado finamente nivelado de Delta Tipo II (que tiene una distribución de tamaño de partícula que va de 0.008 a 0.635 cm (0.003 a 0.25 pulgadas) fue mezclado con 5 g de cal, y entonces se aplicó para cubrir vacíos en el fieltro entre agregado de sellado con gravilla. Después de quitar el plato de borrado, el fieltro entero con la emulsión de asfalto y agregado fue colocado en un horno de corriente de aire forzado controlado a 35° C durante 1.5 horas. Ningún sangrado de la emulsión de asfalto fue observado y la mayoría del agregado excepto cierto exceso de Delta agregado fue adherido firmemente en el fieltro cuando la muestra fue quitada del horno. Exceso de agregado Delta fue lavado con agua, que hizo al agregado más grande de tamaño expuesto para una mejor resistencia al resbalamiento. El fieltro entero, donde la emulsión de asfalto fue aplicada, permaneció bien cubierto con agregado.

Ejemplo 2 De la prueba antes mencionada, la cantidad de la cantidad de agregado Delta fue reducida a 150 g y 3 g cemento de Portland fue utilizado en vez de la cal. 70 g de la emulsión de asfalto CQS fue aplicada al fieltro. El primer agregado fue mantenido en la misma cantidad como en la prueba anterior (250 g). Ningún sangrado de la emulsión de asfalto fue observado cuando el agregado Delta finamente nivelado fue esparcido. La muestra fue curada durante 1 hora a 35° C en el horno de aire forzado como en el Ejemplo 1.

Ejemplo 3: La adherencia a Suelo de Arcilla Roja Carolina Comprimida Arcilla roja Carolina bien Humedecida fue comprimida en un fieltro para formar una capa base de arcilla de 2 cm de espesor. 80 g de la emulsión de asfalto CQS al 65% entonces fue esparcida uniformemente en la base húmeda aún de arcilla con una espátula. 250 g del agregado grueso sin lavar y 150 g del agregado finamente nivelado de Delta del Ejemplo 1 fue mezclado con 3 g de cemento de Portland y aplicado como en el Ejemplo 2. La capa combinada del agregado entonces fue comprimida arrollando una lata de pintura de 3.785 I (1 galón), y el fieltro fue colocado en un horno como se discute en el Ejemplo 1 durante 1 hora. La capa acumulada estaba bien adherida a la capa comprimida de base de arcilla. La penetración de la emulsión de asfalto en la base de arcilla fue insignificante.

Ejemplo 4: La penetración de Emulsión CQS Diluida en Suelo de Arcilla Roja Carolina Comprimida La de emulsión de asfalto CQS al 45% fue aplicada a una base de la arcilla como se describe en el Ejemplo 3. La emulsión de asfalto diluida a 45% penetró la superficie de tierra de arcilla roja Carolina ligeramente comprimida, pero la emulsión de asfalto al 65% original no lo hizo, cuando las emulsiones de asfalto fueron colocadas gota por gota de una pipeta en la superficie roja de arcilla.

La arcilla húmeda de Carolina fue comprimida densamente golpeando continuamente por 2" X 4" de madera. 10 g de la emulsión de asfalto diluida a 45% fue colocada en esta tierra aún húmeda y densamente comprimida de arcilla. Casi ninguna penetración de la emulsión de asfalto al 45% fue observada.

Ejemplo 5: Modificación de Suelo de Arcilla Roja Carolina Comprimida Para abrir ligeramente la tierra de arcilla, 10%, 25% y 35% de arena (ASTM 20-30 arena que conforma a de ASTM Designación C778 por US Silica Company) fueron mezclados en la arcilla húmeda. Estas tres muestras de la tierra fueron comprimidas para hacer tapones de tierra de 10 cm de diámetro y 1,25 cm en la altura - tapón 1 , tapón 2 y tapón 3, respectivamente. Las emulsiones de CQS diluidas a 30% y 45% de residuo fueron colocadas en el tapón 1. Ninguna penetración significativa fue observada con ambas muestras de emulsión. Cuando 10 g de la emulsión de residuo al 30% fue colocada en el tapón 2 (25% arena), la emulsión entera penetró rápidamente en el tapón. La penetración fue mucho más despacio con la emulsión de residuo al 45%, y más que la mitad del se mezcló con la emulsión en la superficie. Los resultados fueron muy semejantes con al tapón 3 como fueron para el tapón 2 con las mismas emulsiones. Ejemplo 6: La mezcla de Emulsiones de asfalto CQS y CRS-2 La emulsión de CQS al 65% y la emulsión CRS-2 fueron mezcladas en su conjunto a razón de 90:10 y 80:20 (emulsiones de Mezcla 1 y 2, respectivamente). Ambas emulsiones de la mezcla fueron fijas y ningún aumento significativo de la viscosidad fue observado cuando fueron mantenidas a temperatura ambiente.

Las emulsiones de Mezcla 1 y 2 fueron diluidas a 30%, 40% y 45% de contenido de asfalto (residuo) con agua. Separadamente, el tapón de arcilla 2 fue secado por la noche a temperatura ambiente después de la compactación. Cuando la emulsión original de mezcla 1 y la emulsión de mezcla 1 diluidas a 45% de residuo fueron colocadas en el tapón de arcilla seca 2, ambas combinaciones se mezclaron de emulsiones con ningún esparcimiento. Cierto esparcimiento en la superficie de tapón fue observado cuando la emulsión de mezcla 1 fue diluida a 40% y la penetración en el tapón 2 fue insignificante. La emulsión de la mezcla 1 aún más diluida a 30% inmediatamente penetró en el tapón de arcilla 2 y formó una barrera después de que 5 gotas de la emulsión fueran colocadas de una pipeta en el mismo lugar. La emulsión de la mezcla 2 diluida a 30% de residuo de la emulsión fue colocada en el tapón de arcilla 2 y, tal como la emulsión de mezcla 1 diluida al mismo residuo, penetró inmediatamente en el tapón de arcilla 2 pero formó una barrera más pronto que la emulsión de mezcla 1 diluida al mismo residuo.

Ejemplo 7: La adherencia de Agregado grueso al Tapón de arcilla 1 10 g de la emulsión de CRS (almacenada a 60° C) fueron aplicados en el tapón de arcilla 1 (preparado con 10% de arena y 90% de Arcilla roja Carolina) y se extendió con una espátula. El agregado grueso sin lavar fue aplicado para cubrir la emulsión entera de asfalto y comprimido arrollando una lata de pintura para aplicar una presión uniforme a la superficie. La muestra fue curada durante 2 horas en el horno de corriente de aire forzado a 35° C. La emulsión fue adherida bien al tapón de la arcilla y el agregado tuvo resistencia suficiente para ser abierto para el tráfico ligero. Ninguna penetración significativa de la emulsión de asfalto en el tapón de arcilla fue observada.

Ejemplo 8: La adherencia de Agregado Delta a Tapón de arcilla 2 y 3 15 g de la emulsión diluida de mezcla 1 de 30% de residuo del Ejemplo 6 fueron esparcidos en la superficie de tapón de arcilla 2 secado por la noche. La emulsión se dejó penetrar y secar ligeramente durante 10 minutos, entonces 10 g del CQS original-2 (65% residuo) fue esparcido. 60 g del agregado Delta fue esparcido en la emulsión de asfalto y comprimido con una espátula. La muestra fue curada a temperatura ambiente. El agregado llegó a estar muy mojado y el sangrado de la emulsión de asfalto fue observado.

La misma prueba fue realizada pero utilizando los 60 g de agregado Delta mezclados con 2 g de combinación de cemento de Portland. Ningún sangrado de- la emulsión de asfalto por el agregado Delta fue observado y la superficie acumulada tuvo una apariencia seca.

Las mismas pruebas fueron repetidas utilizando el tapón 3 (35% arena) y las emulsiones CQS-2 original y diluida. Los mismos resultados fueron obtenidos: Sangrado severo de la emulsión de asfalto sin la adición de cemento en el agregado, pero poco o ningún sangrado cuando el cemento fue añadido.

Muchas modificaciones y otras modalidades de la invención establecidas adelante en este documento vendrán la mente de un experto en la técnica a la que esta invención pertenece, teniendo el beneficio de las enseñanzas presentadas en la descripción precedente y el dibujo asociado. Por lo tanto, es de comprenderse que la invención no se limita a las modalidades específicas dadas a conocer y que las modificaciones y otras modalidades pretenden incluirse dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Aunque términos específicos sean empleados en este documento, ellos se utilizan en un sentido genérico y descriptivo solamente y no para propósitos de limitación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para pavimentar una superficie sin pavimentar que comprende: aplicar una emulsión de asfalto a una superficie sin pavimentar para formar una capa de emulsión de asfalto en la superficie sin pavimentar, la emulsión de asfalto comprende una mezcla de asfalto, un emulsionante, un polímero, y agua; depositar un primer agregado en la capa de emulsión de asfalto, el primer agregado tiene un tamaño promedio que está entre 0.635 y 1.905 cm (1/4 y 3/4 de pulgada), y en donde la cantidad de primer agregado depositado se selecciona para definir una capa de agregado que tiene espacios vacíos que comprende hasta aproximadamente 70% de la capa acumulada; depositar un segundo agregado que tiene un tamaño promedio que es más pequeño que el primer agregado para que el segundo agregado sea capaz del llenar los espacios vacíos entre el primer agregado, y en donde el primer y segundo agregados forman una capa exterior que es una combinación del primer y segundo agregados y la emulsión de asfalto; y permitir que la emulsión de asfalto fragüe para producir una carretera pavimentada.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la emulsión de asfalto por lo menos penetra parcialmente en la superficie sin pavimentar y se formula para tener una viscosidad y tasa de fraguado para que la emulsión de asfalto sea capaz de penetrar la superficie sin pavimentar a una profundidad de por lo menos 1.27 cm (0.5 pulgadas).

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde los espacios vacíos comprenden entre aproximadamente 35 a 50% de la capa acumulada.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el primer y segundo agregados son depositados simultáneamente.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el primer agregado se deposita antes del segundo agregado.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el primer agregado es un agregado grueso y el segundo agregado es un agregado fino.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que comprende además la etapa de depositar por lo menos 5 por ciento en peso de agregado que tiene un tamaño promedio que es menor a aproximadamente 0.008 cm (0.003 pulgadas).

8. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el primer y segundo agregados comprenden colectivamente una mezcla de partículas de agregado que tienen la distribución siguiente: aproximadamente 0.1 a 5% del agregado en peso que tiene un tamaño que es menor a aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas); aproximadamente 20 a 65% del agregado en peso que tiene un tamaño que está entre 0.254 y 0.635 cm (0.1 y 0.25 pulgadas); y aproximadamente 30 a 75% del agregado en peso que tiene un tamaño que es de aproximadamente 0.635 cm (0.25 pulgadas) o más grande.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el polímero se selecciona del grupo que consiste en látex de caucho de estireno-butadieno, látex de caucho natural, látex de policloropreno, copolímeros de poli(bloque de estireno-butadieno-estireno), látex de acrílico eléctricamente neutro o catiónico, copolímeros de acetato de etileno-vinilo, y las combinaciones de los mismos.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el segundo agregado tiene un tamaño promedio de partícula de aproximadamente 0.008 (0.003) a aproximadamente 0.635 cm (0.25 pulgadas).

11. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la emulsión de asfalto es una emulsión catiónica de asfalto seleccionada del grupo que consiste en emulsión de fraguado medio, emulsión de fraguado rápido, emulsión de fraguado lento, y las combinaciones de ello.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la emulsión de asfalto comprende una emulsión catiónica de fraguado rápido que tiene una viscosidad de Brookfiled entre 5 y 50 mPa*s.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el contenido de asfalto en la emulsión de asfalto está entre 50 y 80 por ciento en peso con base en el peso de la emulsión de asfalto.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, en donde el contenido de polímero está entre 1 y 6 por ciento en peso y el contenido emulsionante está entre 0.15 y 3.8 por ciento en peso con base en el peso de la emulsión de asfalto.

15. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el contenido de asfalto en . la emulsión de asfalto está entre 25 y 50 por ciento en peso, con base en el peso de la emulsión de asfalto.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, en donde el contenido de polímero está entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 4 por ciento en peso y el contenido emulsionante está entre aproximadamente 0.08 y aproximadamente 2.5 por ciento en peso, con base en el peso de la emulsión de asfalto.

17. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la proporción de peso del asfalto al polímero es de 32.5: 1 a 50: 1.

18. El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la proporción de peso del asfalto al emulsionante es de 20: 1 a 333:1.

19. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que comprende además la etapa de aplicar una segunda emulsión de asfalto en el agregado.

20. El método de conformidad con la reivindicación 1 , que comprende además la etapa de mezclar la superficie sin pavimentar con arena antes de la etapa de aplicar la emulsión de asfalto.

21. Un método para pavimentar una superficie sin pavimentar que comprende: aplicar una emulsión de asfalto a una superficie sin pavimentar para formar una capa de emulsión de asfalto en la superficie sin pavimentar, la emulsión de asfalto comprende una mezcla de asfalto, un emulsionante, un polímero, y agua: depositar un agregado en la capa de emulsión de asfalto, el agregado tiene un tamaño promedio que está entre 0.008 y 0.635 cm (0.003 y 0.25 pulgadas); y permitir que la emulsión de asfalto fragüe para producir una carretera pavimentada.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21 , en donde la emulsión comprende una emulsión que tiene una viscosidad de Brookfield entre 5 y 50 mPa*s:

23. El método de conformidad con la reivindicación 21 , en donde el contenido de asfalto en la emulsión de asfalto está entre 50 y 80 por ciento en peso, con base en el peso de la emulsión de asfalto.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, en donde el contenido de polímero está entre 1 y 6 por ciento en peso y el contenido emulsionante está entre 0.15 y 3.8 por ciento en peso con base en el peso de la emulsión de asfalto.

25. El método de conformidad con la reivindicación 21 , en donde el contenido de asfalto en la emulsión de asfalto está entre 25 y 50 por ciento en peso, con base en el peso de la emulsión de asfalto.

26. El método de conformidad con la reivindicación 25, en donde contenido de polímero está entre aproximadamente 0.5 y cerca de 4 por ciento en peso y el contenido emulsionante está entre aproximadamente 0.08 y aproximadamente 2.5 por ciento en peso, con base en el peso de la emulsión de asfalto.

27. El método de conformidad con la reivindicación 21 , en donde la proporción de peso del asfalto al polímero es de 12.5: 1 a 50:3.

28. El método de conformidad con la reivindicación 21 , en donde la proporción de peso del asfalto al emulsionante es de 20:1 a 333:1.

29. Una carretera pavimentada que comprende: una capa base que comprende una superficie sin pavimentar existente que tiene una composición; y una capa de uso exterior dispuesta por arriba de la capa base, la capa de uso exterior comprende una mezcla de un primer agregado que tiene un tamaño promedio entre 0.635 y 2.54 cm (0.25 y 1 pulgada), y un segundo agregado que tiene un tamaño promedio entre 0.008 y 0.635 cm (0.003 y 0.25 pulgadas), y en donde el primer y segundo agregados se unen en su conjunto dentro de una matriz de asfalto-polímero para formar una carretera pavimentada.

30. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 29, en donde la matriz de asfalto-polímero penetra en la capa base para que la capa exterior y capa base se unan en conjunto.

31. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 30, en donde la capa base comprende una porción superior que se une en su conjunto con la matriz de asfalto-polímero y una porción inferior que es substancialmente libre de la matriz de asfalto-polímero.

32. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 31 , en donde la porción superior tiene un espesor que está entre 1.27 a 20.32 cm (0.5 a 8 pulgadas).

33. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 29, en donde el agregado incluye un primer agregado que comprende una mezcla de partículas que tiene un tamaño promedio que está entre 0.635 y 1.905 cm (0.25 y 0.75 pulgadas) y un segundo agregado que comprenden una mezcla de partículas que tiene un diámetro medio que es menor a aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas).

34. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 29, en donde el agregado comprende una mezcla de partículas dimensionadas diferentes que tienen diámetros que recorre entre aproximadamente 0.008 cm (0.003 pulgadas) a aproximadamente 1.27 cm (0.5 pulgadas).

35. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 29, en donde el agregado. comprende una mezcla de partículas qué tienen la distribución siguiente de tamaño: aproximadamente 0, 1 a 5% del agregado en peso tiene un diámetro que es menor a 0.008 cm (0.003 pulgadas): aproximadamente 20 a 30% del agregado en peso que tiene un diámetro que es menor a 0.254 cm (0.1 pulgadas); y aproximadamente 65 a 75% del agregado en peso que tiene un diámetro que es mayor a aproximadamente 0.254 cm (0.1 pulgadas).

36. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 29, en donde el polímero se selecciona del grupo que consiste en látex de caucho de estireno-butadieno, látex de caucho natural, látex de policloropreno, copolímeros de poli(bloque de estireno-butadieno-estireno), látex eléctricamente neutrales o catiónicos acrílicos, el etileno- copolímeros de acetato de vinilo, y las combinaciones de ello.

37. La carretera pavimentada de conformidad con la reivindicación 29, en donde la proporción de peso del asfalto al polímero en la capa de uso exterior es de 12.5:1 a 50:1.

38. Una emulsión de asfalto que comprende: un componente del asfalto; un emulsionante catiónico en una proporción de peso del asfalto al emulsionante de 20:1 a 333:1 ; un polímero en una proporción de peso del asfalto al polímero de 12.5:1 a 50:1 ; y agua de equilibrio y opcionalmente ácidos. en donde la emulsión de asfaltó tiene una viscosidad de Brookfield entre 5 y 250 mPa*s.

39. La emulsión de asfalto de conformidad con la reivindicación 38, en donde la emulsión de asfalto tiene una viscosidad de Brookfield que está entre 5 y 50 mPa*s.

40. La emulsión de asfalto de conformidad con la reivindicación 38, en donde la emulsión de asfalto tiene una viscosidad de Brookfield que está entre 5 y 35 mPa*s.

41. La emulsión de asfalto de conformidad con la reivindicación 38, en donde la emulsión de asfalto tiene una viscosidad de Brookfield que está entre 5 y 20 mPa*s.

42. La emulsión de asfalto-de conformidad con la reivindicación 38, en donde el contenido de asfalto está entre 50 y 80 por ciento en peso, el contenido de polímero está entre 1 y 6 por ciento en peso, y el contenido emulsionante está entre 0.15 y 3.8 por ciento en peso.

43. La emulsión de asfalto de conformidad con la reivindicación 38, en donde el contenido de asfalto está entre 25 y 50 por ciento en peso, el contenido de polímero está entre aproximadamente 0. 5 y aproximadamente 4 por ciento en peso, y el contenido de emulsionante está entre aproximadamente 0.08 y aproximadamente 2.5 por ciento en peso.