WO2016107939A1 - Ligante modificado con propiedades mecánicas controlables por campos magnéticos - Google Patents

Ligante modificado con propiedades mecánicas controlables por campos magnéticos Download PDF

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Fernando MORENO NAVARRO
Guillemo Ramón IGLESIAS SALTO
María del Carmen RUBIO GÁMEZ
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Universidad de Granada
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Universidad de Granada
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10C—WORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00—Working-up pitch, asphalt, bitumen

Definitions

  • the present invention relates to a modified binder that has the ability to modify its mechanical properties, in particular its viscosity, allowing it to harden or flow under the action of magnetic fields.
  • the modified binder of the present invention comprises a hydrocarbon matrix in which a series of magnetic particles are dispersed, which may or may not have a poly-dispersed size distribution, capable of being activated by magnetic fields.
  • Bituminous binders are called a wide range of products that have in common their appearance, color and binding power, these similarities being due to the fact that they are constituted by a complex mixture of hydrocarbons of different types.
  • the term bitumen or bituminous is therefore generic for all products whose properties and composition have these common characteristics.
  • bituminous binders were used since more than 3000 years BC in the Mesopotamia and in the valley of the Indo, as binders for masonry, improved roads and waterproofing of tanks and water tanks. Its use in the construction of modern roads dates from the first years of the 11th century, continuing to this day where its use in pavements is wide and widespread.
  • bituminous binders can be divided according to their origin as: natural bitumens (asphalts and asphaltic rocks). Artificial bitumens (distillation bitumen and coal tar). From a conceptual point of view, tar can be distinguished, which is a bituminous binder from the destructive distillation of coals, woods and shales, and bitumen that is a bituminous binder whose origin can be natural or artificial from petroleum and with a content of impurities not soluble in carbon sulfide less than 5%.
  • hydrocarbon binders are understood as those binders that are prepared from natural hydrocarbons. Traditionally, these hydrocarbon materials are used in the form of bitumen, bitumen foam or bitumen emulsion, giving the mixture of cohesion and resistance to shear and tensile stresses to which it is subjected.
  • curing Another important problem is this area of road engineering is the rehabilitation of cracks in the pavement, called "curing.”
  • curing To fulfill or facilitate the rehabilitation task, the material must be able to seal a crack or fissure in a controlled manner, not finding something similar in the patent database that meets these expectations.
  • the use of magnetic particles is used or mentioned as a means of activating and / or repairing the material, in order to change its mechanical properties, adapting to the required load and fatigue requirements.
  • Fig. 1. (1) Representation of the modified binder with magnetic particles of the present invention. (2) Behavior of the modified binder of the present invention when subjected to an external magnetic field. (2a) Non-consistent hydrocarbon matrix. (2b) Consistent hydrocarbon matrix. (3a) Deformation of the hydrocarbon matrix before external stress. (3b) Tension state generated in the hydrocarbon matrix and increased stiffness.
  • Fig. 2. Graphical representation of the application of the present invention in the rehabilitation of cracks in pavements comprising the modified binder.
  • Fig. 3. Representation of the Phase Angle as a function of the Complex Module (Black Diagram) for the modified binder containing 0.1% by weight of spherical and polydispersed Fe particles for three current intensities of 0 ( ⁇ ), 1 ( ⁇ ) and 2 Amps ( ⁇ ), respectively. The test was carried out at different temperatures from 35 e C to 75 e C.
  • Fig. 4. Representation of the Phase Angle according to the Complex Module (Black Diagram) for a modified binder containing 1% by weight of spherical particles and polydisperses of Fe for three current intensities of 0 ( ⁇ ), 1 ( ⁇ ) and 2 Amps ( ⁇ ), respectively. The test was carried out at different temperatures from 35 e C to 75 e C.
  • Fig. 5. Representation of the Phase Angle as a function of the Complex Module (Black Diagram) for a modified binder containing 10% by weight of spherical and polydispersed Fe particles for three current intensities of 0 ( ⁇ ), 1 ( ⁇ ) and 2 Amps ( ⁇ ), respectively. The test was carried out at different temperatures from 35 e C to 75 e C.
  • Fig. 6. Representation of the Phase Angle according to the Complex Module (Black Diagram) for a modified binder containing 20% by weight of slag particles Fe magnetic for three current intensities of 0 ( ⁇ ), 1 ( ⁇ ) and 2 Amps ( ⁇ ), respectively. The test was carried out at different temperatures from 35 e C to 75 e C.
  • Fig. 7. Representation of the Phase Angle as a function of the Complex Module (Black Diagram) for a modified binder containing 40% by weight of magnetic slag particles of Fe for three current intensities of 0 ( ⁇ ), 1 ( ⁇ ) and 2 Amps ( ⁇ ), respectively. The test was carried out at different temperatures from 35 e C to 75 e C.
  • binder is understood as a composition that allows agglomerating different elements to form a more resistant mixture.
  • a “binder” refers to a binder composed of any hydrocarbon material (bitumen, natural asphalt, tar or resins), which may or may not be modified with other polymeric additives, surfactants, tire dust, etc., and which may Present under different consistencies.
  • hydrocarbon material bitumen, natural asphalt, tar or resins
  • One of the main uses of this type of binders is the manufacture of hydrocarbon mixtures, in which they fulfill the function of binder of natural or artificial aggregates.
  • magnetic particles shall mean all particles or magnetic material with magnetic properties, that is, the property of being attracted or repelled (activated) by a magnetic field, that is, “magnetic” means both magnetic particles as magnetizable, ferromagnetic or ferrimagnetic.
  • magnetic slag particles or “magnetic slag”, “steel slag”, or simply as “metallic slag” shall be understood as a particular case of magnetic particles whose shapes and sizes are random. In particular, these terms refer to material from industrial by-products and steel and metallurgy residues whose size and shape are random.
  • Poly-dispersed distribution means any set of magnetic particles whose geometric shapes and sizes do not have a uniform distribution. They can range from solid spheres of a radius greater than nanometers to the so-called metal or steel slag obtained from the processes of the metallurgical and steel industry that have different sizes and random shapes.
  • modified binders object of the present invention will be called either “modified binders” or “mechanomutable binders” or “binders of the invention”.
  • the present invention relates to a modified binder with magnetic particles dispersed in its hydrocarbon matrix, in concentrations between 0.1% w / w up to 80% w / w of the total weight of the hydrocarbon matrix, preferably in concentrations between 0.1% w / w to 40% w / w and more preferably in concentrations ranging from 0.1% w / w to 20% w / w of the total weight of the hydrocarbon matrix. That is, one gram of matrix hydrocarbon is incorporated between 0.01 g and 0.80g of magnetic particles, preferably between 0.01 g and 0.40g of magnetic particles and more preferably between 0.01 g and 0.20g of magnetic particles.
  • the percentage by weight of the magnetic particles on the weight of the hydrocarbon matrix will be comprised between 0.1% w / w and 5% w / w. In an even more preferred embodiment, the proportion of magnetic particles is around 1% w / w over the total weight of the hydrocarbon matrix.
  • the magnetic particles comprised in the binder of the invention will be magnetic particles whose sizes are between 1 nanometer and 100 microns, preferably between 1 micron and 5 microns.
  • said magnetic particles have a distribution of poly-dispersed sizes, whose geometry forms range from solid spheres of a radius greater than nanometers to the so-called metal or steel slag obtained from the processes of the metallurgical and steel industry that They have different sizes and random shapes.
  • the modified binder or mechanomutable binder of the present invention comprises magnetic particles, understood as such both magnetic and magnetizable, ferromagnetic or ferrimagnetic particles.
  • the shape of these magnetic particles can be substantially spherical and can also be substantially spheroidal or have a fiber shape with an axis relationship, understanding as such the ratio of the length of its major axis between the length of its minor axis, between 1 and 10. In the particular case of spherical particles, this ratio is 1.
  • These particles may be composed of iron, magnetite, cobalt ferrite (CoO.Fe 2 0 3 ), nickel ferrite (NiO.Fe 2 0 3 ), barium ferrite (BaO.Fe 2 0 3 ), mixed ferrites containing as cobalt, nickel and / or barium divalent metal, in any relative proportion, or any combination thereof.
  • the particles will be iron.
  • the magnetic particles are iron, cobalt, nickel or iron-cobalt-nickel alloys in any relative proportion between the three metals.
  • the magnetic particles are iron particles.
  • the magnetic particles are preferably dispersed spherically shaped iron particles, having an average size of about 5 microns. Modified binder with magnetic slag
  • the magnetic particles are steel slag or magnetic slag.
  • a mechanomutable binder with properties inferior to that obtained with the use of magnetic particles with controlled composition, size and geometry is obtained, but its cost is much lower.
  • the main characteristics of the modified binder of the present invention is that of being able to adapt to the stresses and stresses transmitted by external agents (such as traffic passing or thermal retractions and contractions), so that it is capable of offering good low mechanical behavior. fatigue cycles at low temperatures, as well as a good rigidity to resist without deforming the loads to which it is subjected when it is at high temperatures.
  • the magnetic particles allow the modified binder to flow in a desired direction. From now on, both properties (the ability to modify their stiffness and the ability to flow in a certain direction and direction) will be called “mechanomutable properties”.
  • the particles contained in the modified binder are magnetically excited, they try to move closer and oriented with the applied magnetic field. Since, from a certain temperature, the bitumen matrix does not allow them to move (since it is hard), each of these particles generates a point of impeded deformations that become tensions. Said tension field increases the stiffness of the binder making it more rigid, less susceptible to loads and more elastic with less ability to permanently deform and therefore modifying its mechanical properties.
  • the fact that the modified binder contains magnetic particles capable of being attracted by a magnet and therefore make the bitumen matrix flow gives it special properties to facilitate the rehabilitation of cracks in materials made with it.
  • the modified binders of the present invention promote a new rehabilitation technique, for example in the case of roads, which consists in heating the area of the pavement to be rehabilitated (fissure) to a temperature at which the magnetic particles are able to flow through the matrix of the binder. Once this temperature is reached, the particles are activated with an external magnetic field in the direction of the fissure closing, and the flow of binder caused by their movement towards the magnet will cause the crack to be sealed and therefore repair of the pavement.
  • the most important aspect of the present invention consists in the capacity of movement generated on the magnetic particles that are incorporated into the modified binder.
  • they try to align with said field and / or approach the source that generates it, causing an impeded deformation in each of the magnetic particles, since said matrix is in an elastic solid state and prevents them from moving.
  • Said prevented deformation generates a tension field around each of the particles, which added to that of their partners causes the matrix of the modified binder to be tensioned and in this way increases the resistant capacity of said binder.
  • the hydrocarbon matrix does not have the consistency necessary to prevent the movement of the magnetic particles, they will move towards the magnetic field, then causing the fluence of the modified binder in the direction and direction of said field.
  • the mechanoutable properties will be determined mainly by four variables: the content of magnetic particles contained in the hydrocarbon matrix; the intensity of the magnetic field; the temperature at which the hydrocarbon matrix is and the hardness of the hydrocarbon matrix.
  • the content of magnetic particles in the modified binder increases, the greater the increase in stiffness achieved in the material.
  • the content of particles may end up defeating the opposition. shown by the hydrocarbon matrix and start its movement in the direction and direction of the magnetic field (causing the flow of the binder).
  • the hydrocarbon matrix used is too fragile or at a low temperature, the movement of the particles can cause their breakage (the mechanomutable binder loses properties).
  • the content of magnetic particles should not exceed 40% w / w by weight of the total starting hydrocarbon matrix, preferably it should be added in concentrations between 0.1% and 20% by weight and more preferably in concentrations between 0.1% and 5% by weight. Influence of the magnetic field intensity on the mechanomutable properties
  • the temperature at which the modified binder is found will have a fundamental influence. If the modified binder is at low temperatures, its hardness will be such that the stresses caused by the particles will be absorbed and therefore will not show a noticeable increase in stiffness. In the same way, if the modified binder is at high temperatures, its consistency will be so soft, that the magnetic particles can move through the matrix of the binder and therefore the prevented deformations that generate the commented tensions will not occur (in this case will cause the binder to flow towards the direction and direction of the magnetic field).
  • the hardness of the modified binder used as a particle containing matrix will influence both the extent to which very hard binders will not be influenced by the tensions generated by the particles unless they are at elevated temperatures, while the binders very soft will allow the movement of the particles (causing their creep) and therefore the stiffening effect would only be noticeable at lower temperatures.
  • the fact that the particles can move within the binder matrix a phenomenon that occurs when the temperature of the binder is high enough to allow it, is a positive aspect, and that it can be used for the repair of microcracks and macrocracks.
  • a floor that is cracked, if manufactured with the modified binder of the present invention can be repaired using a technique in which a certain temperature is applied and the movement of its particles in the preferred direction is activated. that causes the closing of said crack.
  • the magnetic particles present in the modified binder of the invention are capable of conferring colloidal stability to the resulting system, that is, preventing aggregation between the magnetic particles.
  • the modified binder of the present invention may also contain solid additives other than magnetic particles (such as polymers, surfactant additives, waxes, etc.), which also provide it with other properties other than mechanomutables such as may be greater. elastic recovery, lower thermal susceptibility, lower yield point, greater adhesion with aggregates, etc.
  • solid additives other than magnetic particles such as polymers, surfactant additives, waxes, etc.
  • the modified binder of the present invention is very stable over time and it is possible to regulate its mechanical properties by the action of an external magnetic field. In this sense, it can be called “active mechanomutable binder", since its function is to facilitate the material to respond to external mechanical impulses in proportion to the intensity of them.
  • Mutable mechano behavior is characterized by: (/) in the absence of a magnetic field it behaves like a normal binder, (ii) in the presence of external magnetic fields they show an increase in its resistant capacity, and the ability to flow in one direction and direction determined.
  • Another aspect of the present invention relates to a simple method of preparing the modified binder of the invention which consists of adding and dispersing In the binder, the magnetic particles gradually under stirring continue until a homogeneous fluid is obtained under a controlled temperature.
  • Another aspect of the present invention relates to asphalt pavements that have been constructed with hydrocarbon mixtures made with the modified binder of the invention, preferably road, port, airport and street pavements.
  • Asphalt pavements constructed with the modified binder of the invention can modify their mechanical characteristics so that they become more rigid when they are subjected to a load (which will cause them to be able to better dissipate the stresses transmitted by them and therefore their effect on the pavement it will be smaller), and more flexible in the absence of loads (so that it can adapt to thermal retractions and contractions without cracking).
  • the fact that the modified or mechanomutable binder can adapt its characteristics to each situation will cause pavements made of these materials to be more durable.
  • the flooring manufactured with the modified binders of this invention offers the possibility of being repaired in the case of cracks and / or plastic deformations.
  • the fact that the particles can move within the hydrocarbon matrix (phenomenon that occurs when the temperature of the binder is high enough to allow it), will generate a flow of it that will fill the gaps in the cracks caused by external solicitations and restructuring the possible plastic deformations appeared.
  • a floor that is cracked, if it is manufactured with the bituminous binder of the present invention can be repaired using a technique in which a certain temperature is applied and the movement of its particles in the preferred direction is activated. that causes the closing of said crack.
  • Two mechanomutable materials were formulated with the following compositions: ⁇ Formulation 1 .- The formulation containing 0.1% by weight of iron magnetic particles.
  • the magnetic iron particles used have the following characteristics: minimum purity 97.5% iron; density 7.5 g / cm 3 ; mean diameter ⁇ deviation typical: 930 ⁇ 330 nm; initial relative magnetic permeability 1320; saturation magnetization 1720 kA / m; remaining magnetization 1 1 kA / m; coercive field 1.5 kA / m.
  • Figure 2 shows the application of the modified binder of the present invention for the repair of cracks in asphalt pavements.
  • Figure 2 (a) the detail of a fissure at the binder level can be observed.
  • this crack is observed once heated to the sufficient temperature at which the hydrocarbon matrix becomes sufficiently inconsistent to allow the movement of the magnetic particles inside.
  • Figure 2 (c) shows the application of an external magnetic field that generates the movement of the particles in the direction of closing of the crack, and due to said movement a flow of binder is produced that allows the sealing of the same .
  • the Black diagram is shown in Figure 3, 4 and 5, in which the complex modifier of the modified binder of the present invention is shown with respect to its phase angle for a modified binder containing 0.1% by weight ( Fig. 3), 1% by weight (Fig. 4) and 10% by weight (Fig. 5) of spherical and polydispersed Fe particles.
  • This diagram has been obtained from measurements taken at different temperatures: 35, 45, 55, 65 and 75 e C, with a fixed frequency and deformation, and inducing three current intensities 0, 1 and 2 Amps respectively to generate a field magnetic that activates the particles contained in the hydrocarbon matrix of the modified binder.
  • FIG. 6 the Black diagram is depicted, in which the complex modifier of the modified binder of the present invention is shown with respect to its phase angle for a modified binder containing 20% by weight (Fig. 6 ), and 40% by weight (Fig. 7) of magnetic slags.
  • This diagram has been obtained from measurements taken at different temperatures: 35, 45, 55, 65 and 75 e C, with a fixed frequency and deformation, and inducing three current intensities 0, 1 and 2 amps respectively to generate a field magnetic that activates the particles contained in the hydrocarbon matrix of the modified binder.

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Abstract

La presente invención se refiere a un ligante modificado que tiene la capacidad de modificar sus propiedades mecánicas, en particular, su viscosidad, permitiéndole endurecerse o fluir bajo la acción de campos magnéticos. El ligante modificado de la presente invención comprende una matriz hidrocarbonada en la que se encuentran dispersas una serie de partículas magnéticas, susceptibles de ser activadas mediante campos magnéticos.

Description

LIGANTE MODIFICADO CON PROPIEDADES MECÁNICAS CONTROLABLES POR
CAMPOS MAGNÉTICOS
RESUMEN
La presente invención se refiere a un ligante modificado que tiene la capacidad de modificar sus propiedades mecánicas, en particular, su viscosidad, permitiéndole endurecerse o fluir bajo la acción de campos magnéticos. El ligante modificado de la presente invención comprende una matriz hidrocarbonada en la que se encuentran dispersas una serie de partículas magnéticas, que pueden tener o no, una distribución de tamaños poli-dispersa, susceptibles de ser activadas mediante campos magnéticos.
ESTADO DE LA TECNICA ANTERIOR
Se denominan ligantes bituminosos a una amplia gama de productos que tiene en común su aspecto, color y poder aglomerante, debiéndose estas similitudes al hecho de que están constituidos por una mezcla compleja de hidrocarburos de distintos tipos. El término betún o bituminoso, es por ende genérico para todos los productos cuyas propiedades y composición tengan estas características comunes. Históricamente se puede señalar que algunos tipos de ligantes bituminosos se empelaban desde más de 3000 años A.C en la mesopotamia y en el valle del indo, como aglomerantes para albañilería, mejorado de caminos e impermeabilización de tanques y depósitos de agua. Su empleo en la construcción de carreteras modernas data de los primeros años del siglo XI, continuándose hasta nuestros días donde su uso en pavimentos es amplio y difundido. Las diversas clasificaciones de los ligantes bituminoso pueden dividirse según su origen como: los bitúmenes naturales (asfaltos y rocas asfálticas). Bitúmenes artificiales (betunes de destilación y alquitranes de hulla). Desde el punto de vista conceptual se pueden diferenciar el alquitrán, que es un ligante bituminoso procedente de la destilación destructiva de carbones, maderas y esquistos, y el betún que es un ligante bituminoso cuya procedencia puede ser natural o artificial del petróleo y con un contenido de impurezas no solubles en sulfuro de carbón inferior al 5%. En general se entiende por ligantes hidrocarbonados a aquellos ligantes que están preparados a partir de hidrocarburos naturales. Tradicionalmente estos materiales hidrocarbonados son empleados en forma de betún, espuma de betún o emulsión de betún, dotando a la mezcla de la cohesión y resistencia a los esfuerzos de cortante y tracción a los que está sometida.
Durante los últimos años, la globalización de los mercados, el incremento de la carga que los vehículos de transporte pueden soportar, y el auge del transporte por carretera, las exigencias requeridas a estas infraestructuras se han visto incrementadas considerablemente. Este hecho ha provocado que los materiales empleados para la construcción de los pavimentos de carreteras estén dotados de propiedades mecánicas mejoradas capaces de cumplir con dichas exigencias. Así, en las últimas décadas se está tratando de mejorar las propiedades de los ligantes hidrocarbonados que se emplean por ejemplo, para la fabricación de mezclas hidrocarbonadas. Para ello, este tipo de ligantes son modificados a través de diferentes aditivos (comúnmente polímeros, plastómeros, elastómeros, etc.) que tratan de disminuir su susceptibilidad térmica así como de mejorar sus propiedades mecánicas incrementando su recuperación elástica, de forma que sean menos susceptibles a las cargas del tráfico. No obstante, en la actualidad existe el reto de desarrollar ligantes que sean lo suficientemente flexibles como para soportar ciclos de fatiga (debido al paso repetido de las cargas del tráfico y los ciclos térmicos), y lo suficientemente rígidos como para soportar cargas sin deformarse (sobre todo a elevadas temperaturas). Dado que dichos comportamientos son opuestos resulta complicado obtener ligantes bituminosos capaces de acometer ambas funciones y por ende ofrecer una buena respuesta mecánica tanto en condiciones de frío donde es más susceptible a fisurar debido a procesos de fatiga, como en condiciones climáticas cálidas, donde son más susceptibles a deformar bajo la carga del tráfico.
Existen numerosas patentes de materiales ligantes con cierto contenido partículas metálicas. Por ejemplo, en la patente US 3,244,543 utilizan cantidades significativas de hierro para incrementar su dureza de forma permanente e irreversiblemente. La adición de este hierro dota al asfalto de una mayor rigidez o endurecimiento similar a la de los betunes oxidados (utilizados como láminas de impermeabilización), sin necesidad de someterlos a procesos de soplado para su oxidación (ahorrando así una fase de obtención de los betunes oxidados tradicionales). La cantidad y concentración de partículas de hierro se sitúa entre el 0,5% y el 20% y se consigue incrementar su dureza, punto de reblandecimiento, resistencia a las condiciones atmosféricas, reducir su ductilidad y disminuir su susceptibilidad a los cambios de temperatura. Sin embargo en las mencionadas patentes la incorporación de partículas de hierro endurecidas no permite cambiar las propiedades mecánicas del ligante mediante campos magnéticos externos. La utilización y concentraciones utilizadas se aplican en el recubrimiento de asfalto como una película aplicándose especialmente en techos, coberturas de asfalto, revestimientos antioxidantes, las composiciones aislantes, composiciones de moldeo y similares.
Otras patentes similares o incluyen partículas metálicas tipo óxido de hierro o zinc como en la US 7,060,743, pero sin concentraciones definidas, utilizándolas únicamente como pigmentos o como estabilizadores de otros de sus componentes con en la patente US 4,371 ,641 donde utiliza el aluminio y el hierro. En otra patente como la US 5,721 ,296 utiliza el cloruro de hierro como estabilizante. En el campo de los betunes, puede encontrarse también la patente US 7,344,653 que describe la incorporación de polvo magnético de material anisótropo (ferrito de bario o de estroncio) en una película de betún de 1 mm de espesor, la cual es calentada a 100eC, provocando su reblandecimiento, momento en el cual, al aplicar un campo magnético, las partículas se orientan en una determinada dirección, tal que al enfriarse mantienen esta orientación. Dicha película se emplea en la industria automotriz como láminas de aislamiento acústico en concentraciones de hierro elevadas entorno al 60% y al 70% p/p para el caso de insonorización de motores.
En el área de pavimentos de carreteras se encuentran dos patentes relativas a resinas en las que se incorporan partículas tipo ferrita como pigmentos (US 20130184389 A1 , US 7,863,353). Estas patentes describen una resina para pavimentos que está compuesta de copolímero de acetato de etileno-vinilo, polímero teleblock, y un aceite procesado del petróleo con un contenido de carbono aromático de entre el 20% y el 40%, que permite la construcción de pavimentos resistentes a las deformaciones plásticas en verano y a las fisuras en invierno. Esta resina tiene alta durabilidad y adhesividad con los áridos que forma el pavimento, y estable al almacenamiento. En dichas patentes se describe que la resina puede contener pigmentos como partículas de ferrita para dar color a la resina únicamente sin modificar su comportamiento mecánico.
Un problema importante en el área de pavimentación, es que el material con el que está realizado el mismo está siempre sujeto a cargas y fatigas diferentes con cambios de temperaturas importantes. Actualmente no existe un sistema capaz de adaptarse a estas solicitudes de manera inteligente o automática antes estas variables. En función de los requerimientos solicitados, será necesario que el material utilizado pueda ser capaz de volverse más rígido o más elástico, modificando de alguna manera sus propiedades mecánicas. Este material podrá aumentar su resistencia y por tanto será menos susceptible a las tensiones transmitidas por ejemplo, por un vehículo provocando un menor deterioro del pavimento asfáltico debido a su paso.
Otro problema importante es esta área de la ingeniería de caminos es la rehabilitación de las fisuras aparecidas en el pavimento, llamado "curado". Para cumplir o facilitar la tarea de rehabilitación, el material deberá ser capaz de sellar una grieta o fisura de manera controlada, no encontrándose en la base de datos de patentes algo similar que cumpla con estas expectativas. En ninguna patente encontrada se utiliza o menciona la utilización de las partículas magnéticas como medio de activación y/o reparación del material, con el fin de cambiar sus propiedades mecánicas adaptándose a las solicitaciones requeridas de carga y fatiga.
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Fig. 1.- (1 ) Representación del ligante modificado con partículas magnéticas de la presente invención. (2) Comportamiento del ligante modificado de la presente invención cuando es sometido a un campo magnético externo. (2a) Matriz hidrocarbonada no consistente. (2b) Matriz hidrocarbonada consistente. (3a) Deformación de la matriz hidrocarbonada ante esfuerzo exterior. (3b) Estado tensional generado en la matriz hidrocarbonada e incremento de su rigidez.
Fig. 2.- Representación gráfica de la aplicación de la presente invención en la rehabilitación de grietas en pavimentos que comprenden el ligante modificado.
Fig. 3.- Representación del Ángulo de Fase en función del Módulo complejo (Diagrama de Black) para el ligante modificado que contiene 0,1 % en peso de partículas esféricas y polidispersas de Fe para tres intensidades de corriente de 0 (·), 1 (■) y 2 Amperios (♦), respectivamente. El ensayo se realizó a distintas temperaturas desde 35eC hasta los 75 eC. Fig. 4.- Representación del Ángulo de Fase en función del Módulo complejo (Diagrama de Black) para un ligante modificado que contiene 1 % en peso de partículas esféricas y polidispersas de Fe para tres intensidades de corriente de 0 (·), 1 (■) y 2 Amperios (♦), respectivamente. El ensayo se realizó a distintas temperaturas desde 35eC hasta los 75 eC.
Fig. 5.- Representación del Ángulo de Fase en función del Módulo complejo (Diagrama de Black) para un ligante modificado que contiene 10 % en peso de partículas esféricas y polidispersas de Fe para tres intensidades de corriente de 0 (·), 1 (■) y 2 Amperios (♦), respectivamente. El ensayo se realizó a distintas temperaturas desde 35eC hasta los 75 eC. Fig. 6.- Representación del Ángulo de Fase en función del Módulo complejo (Diagrama de Black) para un ligante modificado que contiene 20 % en peso de partículas escorias magnéticas de Fe para tres intensidades de corriente de 0 (·), 1 (■) y 2 Amperios (♦), respectivamente. El ensayo se realizó a distintas temperaturas desde 35eC hasta los 75 eC.
Fig. 7.- Representación del Ángulo de Fase en función del Módulo complejo (Diagrama de Black) para un ligante modificado que contiene 40 % en peso de partículas escorias magnéticas de Fe para tres intensidades de corriente de 0 (·), 1 (■) y 2 Amperios (♦), respectivamente. El ensayo se realizó a distintas temperaturas desde 35eC hasta los 75 eC.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Definiciones
En la presente invención se entenderá por "ligante" a una composición que permite aglomerar distintos elementos para conformar una mezcla más resistente. En particular un "ligante" se refiere a un aglomerante compuesto por cualquier material hidrocarbonado (betún, asfalto natural, alquitrán o resinas), que puede o no estar modificado con otros aditivos polímeros, tensoactivos, polvo de neumático, etc., y que puede presentarse bajo diferentes consistencias. Uno de los principales usos de este tipo de ligantes es la fabricación de mezclas hidrocarbonadas, en las que cumplen la función de aglomerante de áridos naturales o artificiales. En la presente invención entenderá por "partículas magnéticas" a todas las partículas o material magnético con propiedades magnéticas, es decir la propiedad de ser atraídas o repelidas (activadas) por un campo magnético, Es decir, por "magnéticas" se entenderá tanto partículas magnéticas como magnetizables, ferromagnéticas o ferrimagnéticas.
Así mismo, se entenderá por "partículas de escoria magnética", o "escoria magnética", "escoria de acería", o simplemente como "escoria metálica" a un caso particular de partículas de magnéticas cuyas formas y tamaños sean aleatorias. En particular, estos términos se refieren al material procedente de subproductos industriales y residuos de la siderurgia y la metalurgia cuyo tamaño y forma son aleatorios.
Por " distribución poli-dispersa" se entenderá como todo conjunto de partículas magnéticas cuyas formas geométricas y tamaños no presentan una distribución uniforme. Pueden ir de desde esferas macizas de un radio superior a los nanómetros hasta los denominadas escorias metálicas o de acería obtenidas de los procesos de la industria metalúrgica y siderúrgica que tienen distintos tamaños y formas aleatorias.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas o características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y figuras se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención.
En adelante los ligantes modificados objeto de la presente invención se llamarán indistintamente "ligantes modificados" o "ligantes mecanomutables" o "ligantes de la invención".
Ligante modificado o Ligante mecanomutable
La presente invención se refiere a un ligante modificado con partículas magnéticas dispersas en su matriz hidrocarbonada, en concentraciones comprendidas entre el 0,1 % p/p hasta el 80% p/p del peso total de la matriz hidrocarbonada, preferentemente en concentraciones comprendidas entre el 0,1 % p/p hasta el 40% p/p y más preferentemente en concentraciones comprendidas entre el 0,1 % p/p hasta el 20% p/p del peso total de la matriz hidrocarbonada Es decir, a un gramo de matriz hidrocarbonada se le incorporan entre 0,01 g y 0,80g de partículas magnéticas, preferentemente entre 0,01 g y 0,40g de partículas magnéticas y más preferentemente entre 0,01 g y 0,20g de partículas magnéticas. En una realización aún más preferente, el porcentaje en peso de las partículas magnéticas sobre el peso de la matriz hidrocarbonada estará comprendido entre el 0,1 % p/p y el 5% p/p. En una realización aún más preferida la proporción de partículas magnéticas se encuentra en torno al 1 % p/p sobre el peso total de la matriz hidrocarbonada.
En una realización particular, las partículas magnéticas comprendidas en el ligante de la invención serán partículas magnéticas cuyos tamaños están comprendidos entre 1 nanometro y 100 mieras, preferentemente entre 1 miera y 5 mieras. En otra realización particular, dichas partículas magnéticas poseen una distribución de tamaños poli-dispersa, cuyas formas geometrías van desde esferas macizas de un radio superior a los nanómetros hasta los denominadas escorias metálicas o de acería obtenidas de los procesos de la industria metalúrgica y siderúrgica que tienen distintos tamaños y formas aleatorias.
Ligante modificado con partículas magnéticas seleccionadas
El ligante modificado o ligante mecanomutable de la presente invención comprende partículas magnéticas, entendido como tales tanto partículas magnéticas como magnetizables, ferromagnéticas o ferrimagnéticas.
La forma de estas partículas magnéticas puede ser sensiblemente esférica y también pueden ser sensiblemente esferoidal o tener forma de fibra con una relación de ejes, entendiendo como tal el cociente de la longitud de su eje mayor entre la longitud de su eje menor, comprendida entre 1 y 10. En el caso particular de partículas esféricas, esta relación es 1.
Estas partículas pueden estar compuestas de hierro, magnetita, ferrita de cobalto (CoO.Fe203), ferrita de níquel (NiO.Fe203), ferrita de bario (BaO.Fe203), ferritas mixtas que contienen como metal divalente cobalto, níquel y/o bario, en cualquier proporción relativa, o cualquiera de sus combinaciones. Preferentemente, las partículas serán de hierro. En una realización más preferida las partículas magnéticas son de hierro, cobalto, níquel o de aleaciones de hierro-cobalto-níquel en cualquier proporción relativa entre los tres metales. En una realización aún más preferida las partículas magnéticas son partículas de hierro.
En una realización preferida las partículas magnéticas son partículas de hierro poli- dispersas preferentemente con forma sensiblemente esférica, tienen un tamaño medio de aproximadamente 5 mieras. Ligante modificado con escoria magnética
En una realización particular, las partículas magnéticas son escoria de acería o escoria magnética. De esta forma se obtiene un ligante mecanomutable con propiedades inferiores al obtenido con el uso de partículas magnéticas con composición, tamaño y geometría controlados, pero su coste es mucho menor.
Características mecánicas de los ligantes modificados
La características principales del ligante modificado de la presente invención es la de poder adaptarse a los esfuerzos y tensiones transmitidas por agentes externos (como el paso del tráfico o las retracciones y contracciones térmicas), de manera que es capaz de ofrecer un buen comportamiento mecánico bajo ciclos de carga de fatiga a bajas temperaturas, así como una buena rigidez para resistir sin deformar las cargas a la cual es sometida cuando se encuentra a altas temperaturas. Además, bajo determinadas circunstancias de temperatura e intensidad del campo magnético, las partículas magnéticas permiten hacer que el ligante modificado fluya en un sentido deseado. A partir de ahora, a ambas propiedades (la capacidad de modificar su rigidez y la capacidad de fluir en una dirección y sentido determinados) se les llamará "propiedades mecanomutables" .
De esta forma, cuando las partículas que contiene el ligante modificado son magnéticamente excitadas, tratan de moverse acercándose y orientándose con el campo magnético aplicado. Dado que a partir de cierta temperatura la matriz del betún no les permite el movimiento (ya que este está duro), cada una de dichas partículas genera un punto de deformaciones impedidas que se transforman en tensiones. Dicho campo tensional, incrementa la rigidez del ligante volviéndolo más rígido, menos susceptibles a las cargas y más elástico con menor capacidad de deformar permanentemente y por tanto modificando sus propiedades mecánicas. El hecho de que el ligante modificado contenga partículas magnéticas capaces de ser atraídas por un imán y por tanto hacer fluir la matriz de betún, lo dota de propiedades especiales para facilitar la rehabilitación de las fisuras aparecidas en los materiales fabricados con él. De esta forma, los ligantes modificados de la presente invención propician una nueva técnica de rehabilitación, por ejemplo en el caso de las carreteras, que consiste en calentar la zona del pavimento a rehabilitar (fisura) hasta una temperatura en la cual las partículas magnéticas son capaces de fluir a través de la matriz del ligante. Una vez alcanzada dicha temperatura, las partículas son activadas con un campo magnético externo en la dirección de cierre de la fisura, y el flujo de ligante provocado por el movimiento de éstas hacia el imán, provocará el sellado de la grieta y por tanto la reparación del pavimento.
El aspecto más importante de la presente invención consiste en la capacidad de movimiento generado sobre las partículas magnéticas que son incorporadas al ligante modificado. De esta forma cuando éstas se ven sometidas a la acción de un campo magnético externo, las mismas al tratar de alinearse con dicho campo y/o acercarse a la fuente que lo genera, provocan, una deformación impedida en cada una de las partículas magnéticas, ya que dicha matriz se encuentra en estado sólido elástico y les impide su movimiento. Dicha deformación impedida genera un campo tensional alrededor de cada una de las partículas, que sumado al de sus compañeras hacen que la matriz del ligante modificado se tensione y de ésta forma incrementa la capacidad resistente de dicho ligante. Por otra parte, si la matriz hidrocarbonada no tiene la consistencia necesaria para impedir el movimiento de las partículas magnéticas, éstas se moverán hacia el campo magnético, provocando entonces la fluencia del ligante modificado en el sentido y dirección de dicho campo.
Las propiedades mecanoutables estarán determinadas principalmente por cuatro variables: el contenido de partículas magnéticas que contiene la matriz hidrocarbonada; la intensidad del campo magnético; la temperatura a la que se encuentra la matriz hidrocarbonada y la dureza de la matriz hidrocarbonada.
Influencia del contenido en partículas magnéticas sobre las propiedades mecanomutables
Conforme aumenta el contenido de partículas en el ligante modificado, mayor será el incremento de rigidez logrado en el material. No obstante, a partir de cierto límite, si el contenido de partículas es elevado, éstas pueden terminar venciendo la oposición mostrada por la matriz hidrocarbonada e iniciar su movimiento en la dirección y sentido del campo magnético (provocando el flujo del ligante). En este sentido, si la matriz hidrocarbonada empleada es demasiado frágil o se encuentra a baja temperatura el movimiento de las partículas puede producir su rotura (el ligante mecanomutable pierde propiedades). Así, el contenido de partículas magnéticas no deberá sobrepasar el 40% p/p en peso del total de la matriz hidrocarbonada de partida, preferiblemente deberá añadirse en concentraciones de entre el 0,1 % y el 20% en peso y más preferiblemente en concentraciones entre el 0,1 % y el 5% en peso. Influencia de la intensidad del campo magnético sobre las propiedades mecanomutables
Evidentemente, conforme se incremente la intensidad del campo magnético mayor atracción tendrán las partículas magnéticas, y por tanto mayor será el campo tensional reactivo aparecido en el ligante modificado y en la matriz hidrocarbonada.
Influencia de la temperatura sobre las propiedades mecanomutables
De la misma forma, la temperatura a la que se encuentre el ligante modificado tendrá una influencia fundamental. Si el ligante modificado se encuentra a bajas temperaturas, su dureza será tal que las tensiones provocadas por las partículas serán absorbidas y por tanto no presentará un notable incremento en su rigidez. De la misma forma, si el ligante modificado se encuentra a temperaturas elevadas, su consistencia será tan blanda, que las partículas magnéticas podrán moverse a través de la matriz del ligante y por ello no se producirán las deformaciones impedidas que generen las tensiones comentadas (en dicho caso se provocará la fluencia del ligante hacia la dirección y sentido del campo magnético).
Influencia de la dureza de la matriz sobre las propiedades mecanomutables
Finalmente, la dureza del ligante modificado empleado como matriz contenedora de las partículas influirá en tanto y en cuanto que los ligantes muy duros no se verán influenciados por las tensiones generadas por las partículas a no ser que se encuentren a temperaturas elevadas, mientras que los ligantes muy blandos permitirán el movimiento de las partículas (provocando su fluencia) y por tanto el efecto de incremento de rigidez solo sería apreciable a temperaturas más bajas. El hecho de que las partículas puedan moverse dentro de la matriz de ligante, fenómeno que ocurre cuando la temperatura del ligante es lo suficientemente elevada que así lo permita, es un aspecto positivo, y que puede ser utilizado para la reparación de microgrietas y macrogrietas. En este sentido, el movimiento de las partículas magnéticas dentro de la matriz del ligante generará un flujo de éste que irá ocupando los huecos dejados en el mismo por procesos externos como las grietas provocadas por solicitaciones externas (debidos a las cargas del tráfico o los gradientes térmicos). Así, un pavimento por ejemplo, que se encuentre agrietado, si está fabricado con el ligante modificado de la presente invención puede ser reparado utilizando una técnica en la que se le aplique una cierta temperatura y se active el movimiento de sus partículas en la dirección preferente que provoque el cierre de dicha grieta.
Las partículas magnéticas presentes en el ligante modificado de la invención son capaces de conferir estabilidad coloidal al sistema resultante, es decir, de evitar la agregación entre las partículas magnéticas.
En una realización particular, el ligante modificado de la presente invención puede contener además aditivos sólidos distintos de las partículas magnéticas (como polímeros, aditivos tensoactivos, ceras, etc.), que además lo doten de otras propiedades diferentes a las mecanomutables como pueden ser mayor recuperación elástica, menor susceptibilidad térmica, menor punto de fluencia, mayor adherencia con los áridos, etc.
El ligante modificado de la presente invención es muy estable en el tiempo y es posible regular sus propiedades mecánicas por acción de un campo magnético externo. En este sentido, se le puede denominar "ligante mecanomutable activo", puesto que su función consiste en facilitar que el material responda ante impulsos mecánicos externos en forma proporcionada a la intensidad de los mismos.
El comportamiento mecano mutable se caracteriza por: (/) en ausencia de campo magnético se comporta como un ligante normal, (ii) en presencia de campos magnéticos externos presentan un aumento de su capacidad resistente, y la capacidad de fluir en una dirección y sentido determinados.
Procedimiento de preparación del ligante de la invención
Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento simple de preparación del ligante modificado de la invención que consiste en agregar y dispersar en el ligante, las partículas magnéticas de forma gradual bajo agitación continúa hasta obtener un fluido homogéneo bajo una temperatura controlada.
Pavimentos Asfálticos
Otro aspecto de la presente invención se refiere a los pavimentos asfálticos que han sido construidos con mezclas hidrocarbonadas fabricadas con el ligante modificado de la invención, preferiblemente los pavimentos de carreteras, puertos, aeropuertos y calles.
Los pavimentos asfálticos construidos con el ligante modificado de la invención pueden modificar sus características mecánicas de manera que se vuelvan más rígidos cuando se encuentren sometidos a una carga (lo que provocará que sean capaces de disipar mejor las tensiones transmitidas por éstas y por tanto su efecto sobre el pavimento será menor), y más flexibles en ausencia de cargas (de forma que pueda adaptarse a las retracciones y contracciones térmicas sin fisurarse). El hecho de que el ligante modificado o mecanomutable pueda adaptar sus características a cada situación provocará que los pavimentos fabricados con estos materiales sean más duraderos.
Además los pavimentos fabricados con los ligantes modificados de esta invención ofrecen la posibilidad de ser reparados en el caso de la aparición de grietas y/o deformaciones plásticas. El hecho de que las partículas puedan moverse dentro de la matriz hidrocarbonada (fenómeno que ocurre cuando la temperatura del ligante es lo suficientemente elevada que así lo permita), generará un flujo de ésta que irá ocupando los huecos de las grietas provocadas por solicitaciones externas y reestructurando las posibles deformaciones plásticas aparecidas. Así, un pavimento por ejemplo, que se encuentre agrietado, si está fabricado con el ligante bituminoso de la presente invención puede ser reparado utilizando una técnica en la que se le aplique una cierta temperatura y se active el movimiento de sus partículas en la dirección preferente que provoque el cierre de dicha grieta.
Otros productos Otros productos que pueden fabricarse con el ligante de la invención, y que también son objeto de la misma, podrían ser juntas de dilatación en muros de carga sismo resistentes. Las juntas de los muros de carga de los edificios se rellenan con este material, y en caso de seísmo, el ligante modificado de la presente invención se activaría mediante un campo magnético absorbiendo las vibraciones que leguen a dicho muro de carga. De la misma forma, podrían fabricarse membranas asfálticas mecanomutables a partir del ligante modificado de la presente invención que sean utilizadas en pantallas de impermeabilización, en el revestimiento de canales, en la construcción de presas o en la de tejados y pavimentos especiales (como parkings y gasolineras).
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
A continuación se ilustrará las propiedades de la presente invención mediante varios de los ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la efectividad del ligante propuesto. Formulaciones
Se procedió a la formulación de dos materiales mecanomutables con las siguientes composiciones: · Formulación 1 .- La formulación que contiene un 0,1 % en peso de partículas magnéticas de hierro.
• Formulación 2.- La formulación que contiene un 1 % en peso de partículas magnéticas de hierro.
• Formulación 3.- La formulación que contiene un 10 % en peso de partículas magnéticas de hierro.
• Formulación 4.- La formulación que contiene un 20 % en peso de escoria magnética.
• Formulación 5.- La formulación que contiene un 40 % en peso de escorias magnéticas.
Las partículas magnéticas de hierro utilizadas poseen las siguientes características: pureza mínima 97,5 % de hierro; densidad 7,5 g/cm3; diámetro medio ± desviación típica: 930 ± 330 nm; permeabilidad magnética relativa inicial 1320; imanación de saturación 1720 kA/m; imanación remanente 1 1 kA/m; campo coercitivo 1 ,5 kA/m.
Se puso a punto un protocolo simple y sistemático de preparación de las mezclas que optimiza el mezclado de las partículas de hierro, lo que contribuye a la homogeneidad del ligante modificado resultante y, en consecuencia, a su estabilidad y mejor respuesta de cambio mecánicos ante campos magnéticos externos.
Se parte de una material base compuesto por una matriz hidrocarbonada como por ejemplo Betún. Posteriormente, se agregan las partículas magnéticas mezclando éstas en el material a una temperatura controlada de 150eC durante un tiempo mínimo de 10 minutos mediante un agitador mecánico a 200 rpm. Propiedades del material mecano mutable
En todos los casos y ensayos los resultados presentados se obtuvieron en un magnétoreómetro (modelo MCR300 de Physica-Anton Paar, Alemania) utilizando la geometría de platos paralelos.
En la Figura 1 , (1 ) y (2) se representa el ligante modificado con partículas magnéticas de la presente invención, cuando no está sometido a un campo magnético externo (1 ) y cuando sí lo está (2), en el que las partículas quieren iniciar un movimiento dentro de la matriz para alinearse con el campo. En la Figura 1 (2a) la matriz hidrocarbonada no es lo suficientemente consistente y permite el movimiento de las partículas que se alinean con el campo. Mientras que en la Figura 1 (2b) la matriz hidrocarbonada es lo suficientemente consistente e impide el movimiento de las partículas, cuyas deformaciones impedidas generan un campo tensional en la misma. Como resultado en el caso de una matriz no consistente, en la Figura 1 (3a), si una carga exterior es aplicada, la matriz hidrocarbonada se deformaría hasta llegar a la microestructura formada por las partículas magnéticas que contendrían el esfuerzo exterior (en mayor o menor medida, en función de su intensidad). Por el contrario en el caso de una matriz consistente Figura 1 (3b), ante una carga exterior, el estado tensional generado en la matriz hidrocarbonada incrementaría su rigidez e impediría su deformación (en mayor o menor medida, en función de la intensidad de la fuerza que la genera).
En la Figura 2 se representa la aplicación del ligante modificado de la presente invención para la reparación de grietas en pavimentos asfálticos. En la Figura 2 (a) puede observarse el detalle de una fisura a nivel de ligante. En la Figura 2 (b) se observa dicha grieta una vez calentada a la temperatura suficiente en la que la matriz hidrocarbonada se vuelve lo suficientemente poco consistente como para permitir el movimiento de las partículas magnéticas en su interior. En la Figura 2 (c) se muestra la aplicación de un campo magnético externo que genera el movimiento de las partículas en la dirección de cierre de la grieta, y debido a dicho movimiento se produce un flujo de ligante que permite el sellado de la misma.
En la Figura 3, 4 y 5 se representan el diagrama de Black, en el que se muestra el módulo complejo del ligante modificado de la presente invención con respecto a su ángulo de fase para un ligante modificado que contiene 0,1 % en peso (Fig. 3), 1 % en peso (Fig. 4) y 10% en peso (Fig. 5) de partículas esféricas y polidispersas de Fe.
Dicho diagrama ha sido obtenido a partir de medidas tomadas a diferentes temperaturas: 35, 45, 55, 65 y 75 eC, con una frecuencia y deformación fijas, e induciendo tres intensidades de corriente 0, 1 y 2 Amperios respectivamente para generar un campo magnético que active a las partículas contenidas en la matriz hidrocarbonada del ligante modificado.
En estas figuras es claramente observable como, con el incremento de la intensidad del campo magnético, las propiedades mecánicas del betún se ven alteradas. Así, la presencia del campo magnético incrementa el módulo complejo del betún a cualquier temperatura, lo que lo dota de una mayor rigidez y por tanto capacidad para soportar mayores cargas, y disminuye su ángulo de fase, lo que indica que tiene un comportamiento más elástico, capaz de resistir mejor las cargas sin deformarse. Así, puede decirse que se produce una mejora considerable del comportamiento mecánico del material al someterlo a un campo magnético.
También se observa que cuando el ligante modificado se encuentra más rígido, a temperaturas más bajas, la deformación impedida de las partículas de Fe contenidas en él, es mayor y por tanto el campo tensional inducido aumenta. De la misma forma, a temperaturas elevadas, donde el ligante es más susceptible de deformar plásticamente, además de incrementar el módulo, también se consigue un descenso significativo de su ángulo de fase lo que indica que el material va a tener un comportamiento menos viscoso, es decir más elástico, y por tanto va a resistir mejor ante deformaciones (debido a la microestructura creada por la alineación de las partículas magnéticas con respecto al campo). Esto es más evidente en el caso de incrementar la concentración de partículas como en las Figuras 4 y 5. Es posible también observar de estas figuras (Fig. 3, Fig. 4 y Fig. 5) que a elevadas temperaturas se produce un drástico descenso del ángulo de fase, lo que indica que el ligante modificado de la presente invención a dicha temperatura (75 eC) no puede impedir el movimiento de las partículas de hierro debido al campo magnético y que por tanto éstas fluyen provocando que la medida tomada sea la del hierro en sí mismo y no la del ligante más el hierro. Así, se puede definir que para dicho contenido de partículas de Fe y dicha intensidad de campo magnético y temperatura, las partículas se mueven y por tanto pueden provocar la fluencia del betún para cerrar grietas.
En las Figuras 6 y 7, se representan el diagrama de Black, en el que se muestra el módulo complejo del ligante modificado de la presente invención con respecto a su ángulo de fase para un ligante modificado que contiene 20 % en peso (Fig. 6), y 40% en peso (Fig. 7) de escorias magnéticas. Dicho diagrama ha sido obtenido a partir de medidas tomadas a diferentes temperaturas: 35, 45, 55, 65 y 75 eC, con una frecuencia y deformación fijas, e induciendo tres intensidades de corriente 0, 1 y 2 amperios respectivamente para generar un campo magnético que active a las partículas contenidas en la matriz hidrocarbonada del ligante modificado. En estas figuras (6 y 7) se observa una respuesta similar al de las partículas magnéticas pero en menor intensidad debido a que las escorias magnéticas tiene una menor capacidad de magnetización (ya que su composición es variable y en muchas ocasiones su contenido de materiales ferromagnéticos no es muy elevado). Para el caso de las escorias ensayadas, un ligante modificado con un contenido del 20% en peso de escorias tiene un comportamiento comparable al de uno modificado con un 0,1 % en peso de partículas magnéticas. Debido a este hecho, el porcentaje de adición de escorias magnéticas para alcanzar el grado de propiedades mecanomutables requerido podría llegar hasta el 80% en peso en función de la naturaleza de la escoria utilizada.

Claims

Ligante modificado que comprende:
a. Una matriz hidrocarbonada y
b. Partículas magnéticas, en una proporción comprendida entre el 0,1 % p/p y el 80 % p/p sobre el peso total de la matriz hidrocarbonada
Ligante según reivindicación anterior caracterizado porque el porcentaje en peso de las partículas magnéticas sobre el peso de la matriz hidrocarbonada está comprendido entre el 0,1 % y el 40% p/p, preferentemente comprendido entre el 0,1 % y el 20% p/p, más preferentemente comprendido entre el 0,1 % y el 5% p/p y aún más preferentemente en torno al 1 % p/p.
Ligante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el tamaño de las partículas magnéticas está comprendido entre 1 nanometro y 100 mieras, preferentemente entre 1 miera y 5 mieras.
Ligante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las partículas magnéticas son sensiblemente esféricas.
Ligante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las partículas magnéticas son sensiblemente esferoidales con una relación de ejes (relación entre su eje mayor y su eje menor) entre 1 y 10.
Ligante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las partículas magnéticas tienen forma de fibra con una relación de ejes (relación entre su eje mayor y su eje menor) entre 1 y 10.
Ligante modificado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde las partículas magnéticas se seleccionan del grupo que comprende magnetita, ferrita de cobalto (CoO.Fe203),, ferrita de níquel níquel (NiO.Fe203), ferrita de bario (BaO.Fe203), ferritas mixtas que contienen como metal divalente cobalto, níquel y/o bario, en cualquier proporción relativa, o cualquiera de sus combinaciones.
Ligante modificado según reivindicación anterior caracterizado porque partículas magnéticas son de hierro, cobalto, níquel o de aleaciones de hierro-cobalto-níquel en cualquier proporción relativa entre los tres metales.
9. Ligante modificado según reivindicación anterior caracterizado porque partículas son de hierro.
10. Ligante modificado según reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las partículas magnéticas son partículas de hierro poli-dispersas con forma sensiblemente esférica y un tamaño medio de aproximadamente 5 mieras.
1 1 . Ligante modificado según reivindicaciones 1 ó 2, donde las partículas magnéticas son escoria magnética.
12. Pavimento asfáltico que comprende el ligante modificado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
13. Junta de dilatación que comprende el ligante modificado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1 1 .
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