EMULSIONES ASFÁLTICAS: Una alternativa verde para los sistemas de caminos

L.Q.I. Sergio Serment Morenosergio.sermentmr@uanl.edu.mx

2

“No es nuestra riqueza la que construye nuestros caminos.

Son nuestros caminos los que construyen nuestra riqueza.”

John F. Kennedy

No es lo mismo

3

Asfalto (ligante)

Mezcla o concretoasfáltico

Pavimento

4

Pavimento

Rígido Flexible

Mezclacaliente (HMA)

Mezcla tibia (WMA)

Mezcla fría(CMA)

Asfaltocaliente

+Agregados

Asfaltoespumado

+Agregados

Asfaltoemulsionado

+Agregados

Concretohidráulico

Asfalto: Historia

5

Siria hace 180,000años

Tracoma, lepra, asma, ezcema

625-604 A.C. Babilonia

Principios del siglo XX-Primer aplicación de mezcla asfáltica en México.1934-Primer laboratorio de pavimentos en México

Composición química

6

7

Fracción %p/p Descripción Tg (°C)P.M.P.

(g/mol)

Saturados 5-15

Estructuras ramificadas y cadenas lineales largas de

hidrocarburos. De carácter alifático. Pueden poseer

algunas moléculas de n-alcanos capaces de

cristalizar (0-15%).

-70 600

Aromáticos 30-45

Tambien conocidos como aromáticos naftenos. Son

moléculas de carácter alifático con algunas

fracciones aromáticas. Son, junto con las resinas, los

constituyentes más abundantes del asfalto.

-20 800

Resinas 30-45

Fracción aromática polar que juega un papel crucial

en la estabilidad del asfalto, ya que actúa como

estabilizador de los asfaltenos. De composición

similar a los asfaltenos pero con menor peso

molecular.

N/A 1100

Asfaltenos 5-20

El contenido de asfaltenos afecta en gran medida a

las propiedades del asfalto, cuanto mayor sea el

contenido de asfaltenos, más rígido se comportará

el asfalto. Son la fracción más estudiada debido a su

influencia sobre la viscosidad del asfalto. Están

formados básicamente de moléculas aromáticas.

N/A800-

3500

¿Que es el asfalto?

8

Entonces el asfalto se puede definir como: “Un material de

comportamiento viscoelástico de color negro o café oscuro

constituido por un sistema coloidal de hidrocarburos de

diferentes pesos moleculares, encontrado en la naturaleza u

obtenido por destilación del petróleo, principalmente

utilizada en la construcción y conservación de caminos.”

Tipos de Asfalto

9

Clasificados de acuerdo a su dureza.• AC-5 (140-150dmm)• AC-10 (80dmm, no se maneja en

México)• AC-20 (60dmm, el más producido

en México)• AC-30 (50dmm, no se maneja en

México)• dmm=10-1mm

10

Comportamientomecánico

Tg

Frágil

-T +T

Elástico Viscoso

¿Que es una emulsión?

11

“Sistema heterogéneo con dos o más líquidos

consistiendo de una fase líquida continua y al menos

una segunda fase líquida dispersa en la primera en

forma de fotas finas.” Estándar francés NF EN ISO862 (NF T73-000).

Emulsión asfáltica

12

Componentes:• Asfalto 40-70%• Agua 30-50%• Solvente 0-15%• Emulsificante 0.2-2.5%• Polímero 0-3%

Cuando el asfalto es fragmentado en

partículas microscópicas y dispersado en

agua con un emulsionante, se convierte

en asfalto emulsificado. MS-19

Emulsionante o emulsificante

13

R- (CH2)x-COOH + NaOH R- (CH2)x-COO- Na+

Catiónico

Aniónico

R- NH-(CH2)3-NH2+ HCl R-NH2-(CH2)3-NH3

+Cl

-

1-2

0µµ µµm

Emulsiones modificadas

14

EMULSIÓN DE ASFALTO MODIFICADO

EMULSIÓN EN LÁTEX

SBS, SB, EVA, SBR, Caucho, Elvaloy, PE, PP, EMA, entre otros.

Clasificación

15

Carga

Aniónica Catiónica

Rapidas Medias Lentas

Velocidad de ruptura

Superestables

Nomenclatura

16

E (Emulsión)C o A (Catiónica o Aniónica)R, M, L o S (Velocidad de ruptura)# (% Contenido de asfalto)# (Grado de penetración del asfaltoP o PL (Si lleva asfalto modificado o polímero en látex)Ej. ECL65-90PL (Emulsión catiónica de ruptura lenta con65% de contenido de asfalto con grado de penetración de90 [10-1mm] modificado con polímero en latexEAR45-110 (Emulsión aniónica de ruptura rápida con 45%de contenido de asfalto con grado de penetración de 110[10-1mm]

Fabricación

17

Control de calidad

18

1. Retenido en malla #20 y 602. Contenido de asfalto*3. Viscosidad*4. Asentamiento5. Tamaño de partícula6. Carga de partícula7. Índice de rompimiento*8. Pruebas de calidad al asfalto obtenido por destilación*

Pruebas limitadas

19

Índice de rompimiento

Viscosidad

Penetración Destilación

¡¡¡ÁREA DE OPORTUNIDAD!!!

Aplicaciones

20

Fabricación de mezclas (ECM,

ECL y ECS)

Tratamientossuperficiales(ECR y ECM)

Bacheo (ECL y ECS)

Reciclado

21

22

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3

Series1

Series2

MJ/ton

kgCO2/ton

HMA WMA CMA

275

22

243

20.5114

Consumo Energético

23

Consumo Energético

24

Ventajas

• Reducen el consumo energético.• Minimizan los riesgos al trabajador (Evitan la

inhalación de vapores, humos y riesgo dequemaduras.

• Proveen mejor adhesión a los agregados pétreosdevido a la presencia de los tensoactivos.

• Evitan la oxidación inmediata del ligante.• Evitan emisiones de compuestos volátiles

orgánicos (VOC’s).• Tienen gran diversidad de aplicaciones como el

reciclaje de pavimentos.

25

Desventajas

• No cualquier asfalto puede ser emulsionado.• Al requerir un tiempo finito de ruptura y curado

generan retrasos en el proceso constructivo.• En general las mezclas asfálticas calientes han

presentado mejores propiedades mecánicas.• En México, la mayoría de las constructoras no

cuentan con el equipo adecuado para suaplicación.

26

México

En el 2009 se tuvo un consumo de 650mil toneladasde emulsión asfáltica, esto representa el 27% delconsumo nacional de asfalto. En el 2010 el consumoen México disminuyó a 440mil toneladas, lo queimplica un decremento del 32%. En el congresomundial de emulsiones en el 2010 se previó unaumento en el consumo mundial de emulsionesasfálticas para los próximos años.

27

México

Año 2009

Aplicaciones en México

28

29

Aplicaciones en México

30

Productores de emulsiones en México

Actualmente la Asociación Mexicana del Asfalto,A.C. (AMAAC) reconoce a 63 productores deemulsiones asfálticas en México. De los cuales, 4son neoleoneses y otros tienen plantas deproducción en diferentes estados de la república.

31

Investigación en México

Actualmente es escasa la investigación sobre eltema en México.

32

Investigación en Francia

Actualmente Francia representa la punta de la lanzaen emulsiones asfálticas.

33

Investigación en EEUU

Solamente en el estado de Texas se realizan másinvestigaciones en emulsiones asfálticas que entodo México.

34

Enfoque

No se trata de ser malinchista si no de cambiar elenfoque.

35

Nuevo enfoque

Adoptar un enfoque multidisciplinario. Tomandocomo ejemplo nuestra amada UANL…

36

Gracias

“…Voy a construir una carretera. En algún lugar, no sé, pero la

construiré. Una carretera como nadie se la haya imaginado

nunca…”

Alessandro Baricco (Esta Historia)

37

¿Preguntas?