4 emulsiones asfalticas

Emulsiones Asfálticas

PARTE IV

EMULSIONES ASFÁLTICAS

Tutor: Gioconda G. de Celis

Tesista: Yucely Albornoz

Julio 2014

LA

BO

RA

TO

RIO

Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Emulsiones Asfálticas

Universidad De Los Andes 151

PARTE IV


4.1. INTRODUCCIÓN

Desde el punto de vista físico–químico, se define emulsiones asfálticas, como una

dispersión fina más o menos estabilizada de un líquido en otro, no miscibles entre sí.

Una emulsión asfáltica está compuesta de tres ingredientes básicos: asfalto, agua y un

agente emulsificante. En algunos casos el agente emulsificante puede contener un

estabilizador.

4.2. INGREDIENTES DE LA EMULSIÓN

ASFALTO: el cemento asfaltico es el ingrediente básico de una emulsión, y en la

mayoría de casos, constituye del 55 al 70 por ciento de la misma.

AGUA: ella humedece y disuelve; se adhiere a las demás sustancias, y modera las

reacciones químicas.

AGENTES EMULSIFICANTES: las propiedades de una emulsión asfáltica dependen

principalmente de la química usada como emulsificante, esa química es llamada

Surfactante, lo que determina que la emulsión sea clasificada como Aniónicas,

Catiónica ó No iónica.

Los emulsificantes son agentes tenso-activos o surfactantes provenientes de los

jabones, arcillas o resinas, y son productos patentados.

Existen dos tipos de emulsiones según la concentración de cada una de esas fases: una

emulsión directa y otra inversa (véase figura N°1).


152 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil

Betún fase dispersa

Agua fase continua Emulsión Directa

Emulsión Inversa Betún fase continua

Agua fase dispersa

Emulsión directa: dónde la fase asfalto está dispersa en la fase acuosa. (más agua que

asfalto).

Emulsión inversa: donde la fase acuosa está dispersa en la parte asfalto (más asfalto

que agua).

Figura N°1. Esquema de Emulsión Directa y Emulsión Inversa

Por razones de simetría en la acción capilar, los glóbulos de asfalto de la emulsión son

de forma esférica.

Es preferible el empleo de las emulsiones directas por su baja viscosidad a temperatura

ambiente. El tamaño promedio del glóbulo del asfalto es de 2 a 6 micras, tan pequeño que

hace aumentar la superficie de contacto del asfalto. Esto favorece el mojado, repartición y

cohesión con el material pétreo (véase figura N°2).

Figura N° 2. Glóbulos de Asfalto de la Emulsión

Parte Apolar

GLÓBULO DE

ASFALTO

Parte Polar



Una característica importante de las emulsiones es que se preparan con una carga

dieléctrica de signo contrario al del agregado con que serán mezclados; así se pueden

clasificar en: ácidas o catiónicas (+), alcalinas o aniónicas (-) y las No-iónicas. Esta clasificación

está basada en una de las leyes básicas de la electricidad.

En la práctica, las emulsiones más utilizadas para la construcción y mantenimiento de

carreteras son las Aniónicas y las Catiónicas como se muestra en la figura N° 3.

4.3. CLASIFICACION DE ACUERDO A LA VELOCIDAD CON QUE SE ROMPEN LAS EMUSIONES

(SEPARACIÓN DE AGUA DEL ASFALTO)

Emulsiones de Rotura rápida (RS) ó (RR): poca facilidad para mezclarse con un

agregado.

Emulsiones de Rotura Media (MS) ó (RM): permite mezclarla con un agregado grueso.

Emulsiones de Rotura Lenta (SS) ó (RL): permite mezclarla con un agregado fino.

En las tablas N° 1 y 2, se describen las especificaciones según la Norma venezolana

COVENIN para las emulsiones Catiónicas y Aniónicas.

Emulsión Catiónica Emulsión Aniónica

Figura N° 3. Esquema de un Glóbulo que forma una emulsión Aniónica y una Catiónica.



Tabla N° 1. Especificación COVENIN 1442, para Emulsiones Asfálticas Aniónicas.

ENSAYOS

TIPO MÉTODO DE

ENSAYO Rotura Rápida Rotura Media Rotura Lenta

RS-1 RS-2 MS-1 MS-2 MS-2h SS-1 SS-1h

En Emulsión: Viscosidad Saybolt-Furol a 25°C, s

20-100 - 20-100 100 100 20-100 20-100 COVENIN 1017

Viscosidad Saybolt-Furol a 50°C, s - 74-400 - - - - - COVENIN 1017

Sedimentación, 5 días (%) -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 COVENIN 1017

Demulsibilidad, (%) (35ml. 0.02 NCaCl2)

60 + 60 + - - - - - COVENIN 1017

Mezclado con cemento, (%) - - - - - -2,0 -2,0 COVENIN 1017

Tamizado, (retenido en el tamiz N°20), (%)

-0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 COVENIN 1017

Residuo de Destilación, (%) 55+ 63+ 55+ 65+ 65+ 57+ 57+ COVENIN 1017

Sobre Residuo de Destilación: Penetración, 25°C, 100 g, 5s.

100-200 100-200 100-200 100-200 40-90 100-200 40-90 COVENIN 1105

Ductibilidad a 25°C, (cm) 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ COVENIN 1123

Solubilidad en CCL, (%) 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ COVENIN 1161

Fuente: Norma Venezolana COVENIN, 1383

Tabla N° 2. Especificación COVENIN 1383, para Emulsiones Asfálticas Catiónicas.

ENSAYOS

TIPO MÉTODO DE

ENSAYO Rotura Rápida Rotura Media Rotura Lenta

CRS-1 CES-2 CMS-2 CMS-2h SS-1 SS-1h

En Emulsión: Viscosidad Saybolt-Furol a 25°C, s

- - - - 20-100 20-100 COVENIN 1017

Viscosidad Saybolt-Furol a 50°C, s 20-100 100-400 50-400 50-450 - - COVENIN 1017

Sedimentación, 5 días (%) -5 -5 -5 -5 -5 -5 COVENIN 1017

Demulsibilidad, (%) (35ml. 0.02 NCaCl2)

40 + 40 + - - - - COVENIN 1017

Cubrimiento y resistencia del Agua Cubrimiento: Agregado Seco - - Buena Buena - -

COVENIN 1017

Cubrimiento: Después del Riego - - Regular Regular - - COVENIN 1017

Cubrimiento: Agregado Húmedo - - Regular Regular - - COVENIN 1017

Carga de Partícula Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo COVENIN 1017

Tamizado (retenido en el tamiz N°20) (%)

0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 COVENIN 1017

Mezclado con cemento, (%) - - - - -2,0 -2,0 COVENIN 1017

Destilación Aceite Destilado por volumen, Total de emulsión (%) -3 -3 -12 -12 - -

COVENIN 1017

Residuo, (%) 60+ 65+ 65+ 65+ 57+ 57+ COVENIN 1017

Sobre Residuo de Destilación Penetración, 25°C, 100 g, 5s.

100-250 100-250 100-250 40-90 100-250 40-90 COVENIN 1105

Ductibilidad a 25°C, (cm) 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ COVENIN 1123

Solubilidad en CCL, (%) 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ COVENIN 1161

Fuente: Norma Venezolana COVENIN, 1383



La ASTM y AASHO han desarrollado especificaciones normalizadas para los grados de

emulsión como se muestra en la tabla N° 3:

TABLA N° 3, ESPECIFICACIONES ASTM Y AASHO

EMULSIONES ANIÓNICAS O NO-IÓNICAS

(ASTM D977, AASHO M140)

EMULSIONES CATIÓNICAS (ASTM D2397, AASHO M208)

RS-1 CRS-1

RS-2 CRS-2

MS-1 -

MS-2 CMS-2

MS-2h CMS-2h

HFMS-1 -

HFMS-2 -

HFMS-2h -

SS-1 CSS-1

SS-1h CSS-1h

Fuente: Manual Básico de Emulsiones Asfálticas, serie N°19, ASPHALT INSTITUTE, pág. 6

Las emulsiones se identifican con una serie de números y letras que aluden a la

viscosidad de las emulsiones y a la consistencia de la base de cemento asfáltico.

La letra “C”, encabezando el tipo de emulsión, identifica a una emulsión catiónica, su

ausencia identifica a las emulsiones aniónicas, esto según las especificaciones de ASTM Y

AASHTO. Por ejemplo RS-1 (RR-1) es una emulsión Aniónica y CRS-1 (CRR-1) es una emulsión

Catiónica.

Los números en la clasificación indican la viscosidad relativa de la emulsión. Por

ejemplo, una emulsión MS-2 (RM-2) es más viscosa que una emulsión MS-1 (RM-1).

La letra “h” incluida en algunos grados significa simplemente que la base asfáltica es

más consistente (dura).

La letra “S” significa que la base asfáltica es más blanda.



Las letras “HF” que preceden algunos de los grados de emulsiones aniónicas indican

alta flotación, medida con el ensayo de flotación.

4.4. FABRICACION

El equipo de producción para la fabricación de emulsiones es muy sencillo y fácil de

conseguir, el inconveniente seria la formulación de las emulsiones que deben adaptarse a los

materiales pétreos.

4.5. ALMACENAMIENTO

Pueden almacenarse en fosas, tanques enterrados, a nivel, entre otros. Las

precauciones que se deben tomar son que los depósitos deben estar libres de grandes natas

de otros productos asfálticos, y no contaminados con materiales extraños o emulsiones

diferentes a la que se va almacenar. Se deben identificar el tipo de emulsión a almacenar.

4.6. USOS GENERALES

Emulsiones de Rotura Rápida: se diseñan para reaccionar rápidamente con el agregado

y pasar del estado de emulsión al del asfalto. Son utilizadas para aplicaciones de riego,

tales como sellos con agregados, sellos de arena, entre otros.

Emulsiones de Rotura Media: se diseñan para mezclarlas con agregado grueso. Debido

a que estos grados no rompen inmediatamente en contacto con el agregado, las

mezclas que la utilizan permanecen trabajables por unos minutos. Son muy utilizadas

en plantas móviles.

Forma de Neutralizar la Acción de Residuos de una Emulsión Catiónica en un Tanque

Forma de Neutralizar la Acción de Residuos de una Emulsión Aniónica en un Tanque Figura N°4



Emulsiones de Rotura Lenta: están diseñadas para máxima seguridad en el mezclado.

Son utilizadas con agregados densamente gradados de alto contenido de finos. En la

tabla N° 4 se muestran los usos más frecuentes de las emulsiones.

Tabla N° 4. Usos más frecuentes de las Emulsiones

Fuente: Manual Básico de Emulsiones Asfálticas, serie N°19, ASPHALT INSTITUTE, pág. 30

TIPO DE CONSTRUCCIÓN

ASTM D977 / AASHTO M208 ASTM D2397 / AASHTO

M140

RS-

1

RS-

2

HFR

S-2

MS-

1, H

FMS-

1

MS-

2, H

FMS-

2

MS-

2h

, H

FMS-

2h

HFM

S-2s

SS-1

SS-1

h

CR

S-1

CR

S-2

CM

S-2

CM

S-2

h

CSS

-1

CSS

-1h

MEZCLAS DE ASFALTO Y AGREGADOS

Mezcla en planta (en caliente) XA

Mezcla en planta (en fío)

Granulometría abierta X X X X

Granulometría cerrada X X X X X

Arena X X X X X

Mezclado In-Situ

Granulometría abierta X X X X

Granulometría cerrada X X X X X

Arena X X X X X

Suelo Arenoso X X X X X

APLICACIONES DE ASFALTO Y AGREGADO

Tratamiento Superficiales (S y M) X X X X X

Sellado con Arena X X X X X X

Lechada Asfáltica X X X X X

Micro aglomerado XE

Sellado doble X X X

Capa real X X

APLICACIONES ASFÁLTICAS

Riego Pulverizado XB

XC

XC X

C X

C

Imprimación XD X

D X

D XD

XD

Riego de adherencia XB X

C X

C XC

XC

Control de polvo XC

XC X

C X

C

Protección con asfalto XC

XC X

C X

C

Sellado de fisuras X

X X

X

MEZCLAS DE MANTENIMIENTO

Uso inmediato X X X

Acopio X A Pueden emplearse otros grados que HFMS-2h, cuando la experiencia demuestre que han tenido un

comportamiento satisfactorio. B Diluido en agua por el fabricante.

C Diluido con agua.

D Mezclado solo para imprimación.

E El polímero debe incorporarse durante o previamente a la emulsificacion.



4.7. ENSAYOS NORMALIZADOS DE CALIDAD DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS

4.7.1. Peso Específico.

La determinación del peso específico de una emulsión generalmente no está en las

especificaciones, sin embargo es de gran ayuda al hacer las correcciones volumétricas a

temperaturas elevadas y determinar las cantidades necesarias.

El peso específico de las emulsiones asfálticas está en el rango de 1,00 a 1,05 y se

determina con un picnómetro.

El procedimiento y equipo es el mismo como en los Cementos Asfálticos, se describen

detalladamente en este manual en el numeral N° 2.5.1.

4.7.2. Viscosidad Saybolt-Furol.

Este ensayo consiste en determinar la medida de la consistencia de las emulsiones

asfálticas, a las temperaturas de 25 y 50 grados centígrados, los resultados se reportan en

Saybolt-Furol segundos. El procedimiento, equipos y materiales se describen detalladamente

en los métodos de ensayo para los Asfaltos Líquidos en el numeral 3.4.3.

4.7.3. Destilación.

El ensayo de Destilación para una emulsión, es muy parecido al de destilación para los

Cutbacks o Asfaltos líquidos. La principal diferencia está en que el matraz de destilación es de

aluminio y el quemador es de anillo para la emulsión, mientras que en los Cutbacks el matraz

es de vidrio y el quemador es del tipo Bunsen. El equipo está diseñado para evitar problemas

de espuma en la emulsión, ya que se debe calentar hasta máximo 260°C. El procedimiento y

equipo necesario se describen más adelante.

4.7.4. Residuo por evaporación.

Este método de ensayo está designado para medir, por evaporación del agua, el

porcentaje de cemento asfaltico en la emulsión. El procedimiento y equipo necesario se

describen más adelante.



4.7.5. Carga eléctrica de la Partícula.

Esta prueba es la única en definir si una emulsión es Catiónica ó Aniónica a través de su

carga eléctrica. El procedimiento y equipo necesario para el ensayo se describen mas

adelante.

4.7.6. Sedimentación (Asentamiento).

Este ensayo nos indica el grado de estabilidad que tienen las emulsiones durante su

almacenamiento. Detecta la tendencia de los glóbulos de asfalto a sedimentarse

prematuramente durante su almacenamiento. También nos sirve como indicador de la

calidad de la emulsión. El procedimiento y equipo requerido se describen más adelante.

4.7.7. Ensayo de Tamizado

Esta prueba sirve como complemento a la prueba de sedimentación. La finalidad es

determinar cuantitativamente la cantidad de glóbulos de asfalto relativamente grandes que

pueden no haberse detectado en la prueba de sedimentación y que podrían obstruir el

equipo de rociado, así como el espesor y la uniformidad de la película de asfalto sobre el

agregado. El procedimiento y equipo requerido se describen más adelante.

4.7.8. Características al recubrimiento y Resistencia al Agua.

Esta prueba investiga si las emulsiones de rotura media o lenta pueden mezclarse con

agua. No es aplicable a emulsiones de rotura rápida. El procedimiento y equipo requerido se

describen más adelante.

4.7.9. Estabilidad de almacenaje.

La finalidad del ensayo es determinar la propiedad de una emulsión asfáltica a

permanecer como una dispersión uniforme durante el almacenaje, ya que es una medida de

permanencia de la dispersión relacionada con el tiempo. El procedimiento y equipo

requerido se describen más adelante.



4.7.10. Miscibilidad con Cemento.

Esta prueba se aplica a las emulsiones aniónicas para conocer la estabilidad de la

emulsión al mezclarse con un material tan fino como el cemento. El procedimiento y equipo

requerido se describen más adelante.

4.7.11. Determinación del potencial hidrogeno (pH)

Esta prueba permite verificar la acidez o alcalinidad de la solución jabonosa, a fin de

obtener los resultados deseados. El procedimiento y equipo requerido se describen más

adelante.



PLANILLA DE ENSAYO


Emulsiones Asfálticas

ENSAYOS FÍSICOS DE EMULSIONES ASFÁLTICAS

Nombre del Proyecto:_______________________________________________________________________________

Procedencia Muestra: ______________________________________________________________________________

Empresa: _________________________________________________________________________________________

Fecha de despacho en refinería:__________________ Fecha de realización de Ensayos:__________________

CARACTERÍSTICAS GENERALES

ESPECIFICACIONES RESULTADO ENSAYOS

Mínimo Máximo

En Emulsión Peso Específico 25/25 ºC

Peso Específico 25/25ºC

Viscosidad SAYBOLT-FUROL, 25ºC (s) A Peso del picnómetro, en gramos

Sedimentación, 5 días (%) B Peso del picnómetro + agua , en gramos

Carga Eléctrica de Partícula C Peso del picnómetro + muestra , en gramos

Cubrimiento y Resistencia del agua D Peso del picnómetro + muestra + agua , en gramos

Cubrimiento Ensayo 1 :_______________________

Tamizado (Retenido T#20), (%)

Ensayo 2 :_______________________ Valor Promedio:

Mezclado con Cemento (%)

Ensayo de Evaporación Destilación

% Residuo Asfáltico

Volumen de Emulsión (ml):_______________________

Volumen Destilado (ml): _______________________

Destilación

Volumen Aceite destilado (ml)::___________________

% Total Destilado Destilado (%)

% Aceite Destilado

% Residuo Solubilidad

Sobre Residuo de Destilación A W Cemento Asfáltico (gr) :_______________

Penetración, 25ºC, 100g, 5s (dmm) B W crisol (gr): ________________

Ductilidad 25ºC, (cm) C W crisol + filtro (gr) _______________

Solubilidad CCL4 (%) D W crisol+filtro+muestra _______________

Peso específico 25/25ºC E = (D-C)/A = __________________

Contenido de Cenizas (%) % de BETÚN = 100 ( 1 - E )x100 = _____________

Observaciones:

REALIZADO POR:____________________REVISADO POR: ____________________________FECHA: _______________

LABORATORIO DE MECANICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS

(METODO DEL PICNÓMETRO)

4 emulsiones asfalticas

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