emulsiones asfálticas - usos - rompimientos

7/31/2019 Emulsiones Asflticas - Usos - Rompimientos

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EMULSIONES ASFALTICAS

ContenidoIntroduccin

1. Asfalto

1.1. Caractersticas del asfalto. Ensayos.1.2.- Clasificacin de los asfaltos. Aplicaciones generales

2. Emulsiones asflticas 2.1. Surfactantes en las emulsiones asflticas.2.2. Clasificacin de las emulsiones asflticas2.3. Pruebas de calidad a las emulsiones asflticas.2.4. Manejo y almacenamiento de emulsiones asflticas2.5. Emulsiones asflticas en Venezuela.2.6. Ventaja del uso de las emulsiones asflticas.

3. Usos de emulsiones asflticas 3.1. Uso de emulsiones asflticas sin agregados.

o Riegoso Tratamientos y sellado.

3.2. Uso de emulsiones asflticas con agregados.o Tratamientos superficialeso Tratamientos anti-fisuras.o Lechadas o Slurrys.o Reciclado en fro.o Mezclas asflticas.

4. Fenmenos involucrados en la formacin y estabilidad de las emulsiones asflticas 4.1. Proceso de emulsionacin.4.2. Factores que afectan la morfologa de una emulsin4.3. Fenmeno de estabilidad4.4. Mecanismos de estabilizacin y coalescencia de las emulsiones asflticas

5. Rompimiento de emulsiones asflticas 5.1. Rompimiento de emulsiones asflticas aninicas.5.2. Rompimiento de emulsiones asflticas no inicas.5.3. Rompimiento de emulsiones asflticas catinicas

5.3.1. Equilibrio surfactante-solucin acuosa.5.3.2. Adsorcin de surfactante en la interfase.5.3.3. Adsorcin de iones y surfactantes en la superficie slida.5.3.4. Mecanismos de heterofloculacin.5.3.5. Concentracin optima de surfactante para la heterofloculacin.

5.4. Consideraciones cinticas.5.4.1. Teora DLVO (potencial repulsivo-atractivo)5.4.2. Teora Cintica de Von Smolucho


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Cuaderno FIRP S365A Emulsiones Asflticas 1

IntroduccinLas emulsiones asflticas fueron originalmente desarrolladas para resolver

dificultades constructivas asociadas a la construccin con asfalto en caliente, y tambinfueron ideadas como aplicaciones para eliminar la emisin de polvo. El incentivo parareducir el consumo de combustibles en la crisis energtica de los aos 70, hizo que se

generara un explosivo aumento en el uso de las emulsiones en la estabilizacin deagregado mineral, incluyendo el mezclado con material hmedo a temperaturasambientales.

La mayora de las emulsiones utilizadas como agentes estabilizadores tienen uncomponente de asfalto residual de 60%, que significa que el 60% de volumen de laemulsin est compuesto de asfalto disperso en un 40% del volumen que es agua. El

porcentaje de asfalto puede, sin embargo, variar entre 30% y 70%, pero los porcentajesde asfalto mayores a 60% no son recomendables para el reciclado debido a que laemulsin se torna viscosa, ms difcil de bombear y por lo tanto es ms difcil cubrir elagregado.

1. ASFALTODesde el punto de vista de composicin qumica, los asfaltos son mezclas

complejas de hidrocarburos de alto peso molecular, con una notable proporcin deheterotomos (Oxgeno, Azufre, Nitrgeno) y cierta cantidad de metales, tales comoVanadio y Nquel. Adicionalmente, la mayora de los asfaltos muestran en sucomposicin ciertas sales orgnicas solubles en la forma de microcristales.

Todos estos constituyentes proporcionan las caractersticas fsicas, reolgicas,coloidales y de durabilidad en el asfalto. Desde el punto de vista estructural, se consideraal asfalto como una sustancia coloidal compuesta de varias fracciones, siendo las

principales los asfaltenos, los maltenos, las resinas, y los carbenos.

Los asfltenos son sustancias policclicas de alto peso molecular (>5000),aglomeradas en forma de partculas slidas y constituyen la fase coloidal dispersa en elasfalto. Se ha determinado que los asfltenos son tpicamente compuestos dehidrocarburos aromticos con cadenas laterales parafnicas en grado variable,dependiente de la procedencia del crudo y las condiciones de elaboracin del asfalto. Losasfaltenos pueden ser precipitados utilizando disolventes saturados y voltiles, tales comoel "spirit" de petrleo IP (sulfonado y con rango de ebullicin entre 60 y 80 C), n-

pentano o n-heptano; son solubles en benceno, pero insolubles en hexano. La cantidad deasfaltenos precipitados, as como su naturaleza, puede variar dependiendo del tipo desolvente que se utilice. La parte no precipitada corresponde a los maltenos.

Los aceites (maltenos) representan los hidrocarburos de menor peso molecular,

son lquidos a temperatura ambiente y constituyen la fase continua del sistema coloidal.Los asfltenos le confieren al asfalto la dureza y los maltenos le proporcionan las

propiedades de adhesividad y ductilidad; las resinas y carbenos tienen influencia en laviscosidad, o propiedad de flujo del asfalto.

Las resinas son sustancias de consistencia semislida o pastosa y un color msclaro que los asfaltenos. Tienen un peso molecular ms bajo que los asfaltenos (oscilaentre el de los asfaltenos y el de los maltenos), estn disueltas en el crudo y son

parcialmente solubles en el hexano, pero insolubles en el propano. Constituyen el


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elemento que permite mantener la estabilidad del sistema coloidal al propiciar lainteraccin entre los asfaltenos y los maltenos. Cuanto mayor es el contenido de resinas,ms dctil y blando es el asfalto. Los carbenos son constituyentes de naturaleza muyaromtica, y representan la pequea parte insoluble en CS 2 (en la cual el asfalto es

prcticamente soluble).

Las caractersticas del asfalto dependen esencialmente de las proporcionesrelativas de sus constituyentes. A mayor proporcin de asfaltenos, mayor dureza. Por oxidacin al aire se pueden transformar las resinas y los maltenos en asfaltenos y por lotanto aumentar la dureza.

1.1. Caractersticas del asfalto

Las caractersticas del asfalto se determinan mediante una serie de ensayosestandarizados, los cuales se describen a continuacin:

PenetracinLa penetracin es la prueba mediante la cual se determina la dureza del asfalto a

determinada temperatura. La prueba consiste en medir la penetracin de una aguja de punta cnica estndar en funcin de la fuerza aplicada y del tiempo de aplicacin.Corrientemente, se trabaja a 25 C con una carga de 100 g. durante 5 minutos, y losresultados se expresan en dcimas de milmetro. Se puede repetir dicha medicin avarias temperaturas, para evaluar la susceptibilidad del asfalto a los cambios detemperatura. Entre dos asfaltos cualesquiera, el de mejor calidad ser aquel que presenteuna menor susceptibilidad a la temperatura.

Figura 1. Ensayo de penetracin

Punto de ablandamientoPor ser mezclas complejas, los asfaltos no presentan un punto de fusin definido,

sino que su consistencia se va haciendo ms y ms blanda a medida que aumenta la

temperatura. Arbitrariamente, se ha definido el punto de ablandamiento como latemperatura a la cual el asfalto es suficientemente blando para que una esfera de acero(dimetro de 3/8" y masa de 3.5 g) pase a travs de un anillo (Dimetro Interno de 5/8" yaltura de 1/4") en el cual se encuentra la muestra de asfalto. El sistema est colocado enun bao de agua o de glicerina, cuya temperatura se incrementa a razn de 5 C por minuto. Cuando la esfera atraviesa el anillo, la temperatura del bao corresponde al puntode ablandamiento.


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Gravedad especficaComo para cualquier corte petrolero, la gravedad especfica de un asfalto es su

densidad relativa al agua en las mismas condiciones de temperatura.

Punto de Inflamacin

El punto de inflamacin de un combustible es una indicacin de la peligrosidad desu manejo especialmente a altas temperaturas. Como para otros hidrocarburos, se utilizael mtodo Cleveland o de la copa abierta, ver figura 2-A.

DuctilidadLa ductilidad es la capacidad de estirarse en forma de hilo sin romperse. La

prueba se realiza en un aparato especial, en el cual se estira lentamente la muestra a unatasa fija de 5 cm/min, la muestra de la prueba se encuentra en un bao de mara a 25 C,ver figura 2-B. El alargamiento de la muestra a la ruptura indica la ductilidad. Esta esuna propiedad importante para los asfaltos susceptibles a estar sometidos a flexiones,vibraciones, impactos o compresiones locales, como en el caso de pavimento o

recubrimientos.Viscosidad

Los asfaltos son generalmente slidos a temperatura ambiente, y por tanto, sedetermina su viscosidad a alta temperatura (100-150 C) en viscosmetros Couette(Brookfield) o Saybolt. Esta propiedad es importante para el manejo y aplicacin delasfalto, as como para su desempeo en climas calientes, ver figura 2-C.

Resistencia al impactoEsta prueba consiste en medir la facilidad con la cual el asfalto resiste el impacto.

Esto es particularmente importante para los recubrimientos protectores delgados. Se tomaun disco de asfalto de determinada dimensin, y se le hace caer encima un peso de varioscentenares de gramos, ver figura 2-D. El resultado se expresa como la mnima alturadesde la cual se deja caer el peso que rompe la muestra.

Figura 2. Equipos para medicin de (A) Punto de inflamacin, (B) Ductilidad,(C) Viscosidad, (D) Resistencia al impacto


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SolubilidadLa solubilidad parcial de un asfalto en diferentes solventes permite determinar, en

parte, sus caractersticas. Se disuelve una muestra de peso conocido en diferentessolventes (nafta 86 API, CCl 4, CS 2, benceno, etc.) y se pesa el residuo no disuelto,despus de filtrarlo, lavarlo y secarlo. Los tres ltimos solventes mencionados disuelven

la totalidad de los asfaltenos, y por tanto, permiten determinar las impurezas orgnicas(arena, asbesto, sales, etc.). La nafta 86 API disuelve los maltenos y las resinas, perodeja asfaltenos precipitados.

La caracterizacin de un asfalto se realiza en funcin de su punto deablandamiento, su penetracin o a la combinacin de stas dos propiedades. A las clasesduras, con puntos de ablandamiento superiores a 80 C se les designa como de clase 80 a90 C, 110 a 120 C, etc. y frecuentemente se les coloca el prefijo h, (hard = duro). A lasclases ms blandas, con penetracin hasta 500 dcimas de mm, a 25 C, se les denominasegn el valor de la penetracin, por ejemplo: 60/70, 180/200, 400/500, etc. Para lasclases oxidadas, la primera cifra se refiere al punto de ablandamiento y la segunda a la

penetracin, por ejemplo 85/25 designar a un asfalto con punto de ablandamiento igual a

85 C y una penetracin de 25 dcimas de mm.

1.2 Clasificacin de los asfaltos Aplicaciones generalesLos asfaltos o bitmenes son materiales utilizados universalmente para

recubrimiento y reparacin de carreteras. El escocs Mac Adam di su nombre hace yaun siglo al recubrimiento compuesto de granzn aglomerado con asfalto.

Sin embargo, los asfaltos tienen otras numerosas aplicaciones industriales. Losasfaltos industriales se clasifican en dos categoras: los asfaltos base y los oxidados osoplados. Las aplicaciones industriales del asfalto son variadas: impermeabilizacin,linleos, industria elctrica, tuberas, cauchos, pinturas, aislamiento trmico y sonoro. De

acuerdo a su uso y/o al mtodo o proceso empleado en su obtencin, se pueden clasificar los asfaltos en:a) Asfaltos de pavimentacin (o de penetracin),

b) Asfaltos diluidos o cutbacks (asfaltos lquidos),c) Asfaltos emulsionados o emulsiones asflticas,d) Asfaltos de impermeabilizacin.

Los asfaltos de pavimentacin se obtienen por reduccin directa y progresiva delos residuos derivados de la destilacin de los petrleos crudos, o por precipitacin de losasfaltenos, mediante solventes especiales. Los distintos grados de este tipo de asfalto seles diferencia por los valores de la prueba de penetracin; las caractersticas de los

asfaltos obtenidos por destilacin al vaco y los obtenidos por precipitacin o extraccincon solventes son aproximadamente las mismas. Los asfaltos de pavimentacinvenezolanos provienen de los residuos al vaco de crudos asflticos como el Ta JuanaMedio (ver figura 3), o por precipitacin con propano. Se utilizan en la pavimentacin decarreteras y en pistas de aterrizaje de aeropuertos.


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320C

390C100 mmHg

30mmHg

VAC

120C

250C

370C75C

40C

250C

CRUDO

Corte

Lubricante

Gasleo

ASFALTO

Distilacin Atm.

Dist. al Vacio

Desasfaltado al Propano

Figura 3. Obtencin de asfalto a partir de crudo.

Los asfaltos de impermeabilizacin, o asfaltos oxidados, se producen al hacer burbujear aire a travs de asfalto calentado entre 200 y 300 C. El oxgeno del airereacciona con los maltenos y las resinas para formar molculas del tipo de los asfaltenos,

por un proceso de polimerizacin entre dobles enlaces, puentes entre diferente molculas,o deshidrogenacin y formacin de enlaces C-C, este tipo de reacciones depende

principalmente de la temperatura, a partir de 220 C se tiene el inicio de las reaccionesmencionadas, y la cintica se duplica por cada 25 de aumento. Sin embargo, no se debellegar a temperaturas superiores a los 280300 C debido a que se produciran reaccionesexotrmicas de combustin o endotrmicas de craqueo trmico, que son perjudiciales.Los asfaltos oxidados se utilizan de manera general en la impermeabilizacin de techos,

por esta razn, su punto de ablandamiento debe ser tal que soporten las altastemperaturas, ocasionadas por los rayos solares, sin fluidizar; de all que esta sea lacaracterstica ms importante para este tipo de asfalto.

Los asfaltos diluidos o rebajados (asfaltos lquidos), se obtienen mezclando unasfalto de penetracin media o baja (80/100) con un solvente adecuado. La mezcla consolventes evita el calentamiento excesivo que requiere un asfalto para proporcionarle la

fluidez necesaria en las operaciones de cubrimiento. Se suelen diferenciar lasoperaciones de asfaltado en caliente con las de asfaltado en fro (cuando se utilizanasfaltos diluidos, o rebajados). Cabe mencionar que, luego de evaporarse el solvente, elasfalto debe mostrar las mismas caractersticas que tena antes de su dilucin. Despus deaplicar el asfalto diluido, el solvente se evapora (completa o parcialmente), dejando elasfalto. Al periodo de tiempo necesario para que el asfalto recupere sus propiedadesorignales se le denomina "tiempo de curado". Las caractersticas principales de losasfaltos diluidos son:


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La consistencia inicial del asfalto base La volatilidad del solvente La proporcin del solvente

La primera propiedad afecta la dureza de la pelcula depositada, una vez seca. La

volatilidad del solvente afecta el tiempo de fraguado, pero tambin tiene influencia sobrelas propiedades finales del recubrimiento si la baja porosidad limita la evaporacin deldisolvente. La proporcin de solvente afecta la viscosidad del asfalto diluido y el tiempode fraguado. Los asfaltos diluidos pueden ser subdivididos en varias categoras:

Asfaltos diluidos de Curado Rpido (RC = Rapid Curing), los cuales contiene unsolvente muy voltil (nafta). El solvente se evapora rpidamente, pero el manejo esrelativamente peligroso, por la volatilidad del solvente. Segn la proporcin de nafta,se obtiene un asfalto ms o menos viscoso.

Asfaltos diluidos de Curado Medio (MC = Mdium Curing), los cuales se diluyen conkerosn. El tiempo de fraguado es ms lento y por lo tanto el asfalto puede penetrar

mejor en el agregado. Estos son los ms utilizados para pavimentacin con los variosgrados de viscosidad obtenidos al cambiar la proporcin asfalto/diluyente. Asfaltos diluidos de Curado Lento (SC = Slow Curing), los cuales estn diluidos con

un gasleo liviano de tipo diesel. Son poco utilizados, con excepcin de las tcnicasde estabilizacin de arenas, riegos de sello y de penetracin.

Los asfaltos de fraguado rpido se utilizan cuando se requieren periodos muycortos de fraguado. Los de fraguado medio tienen aplicacin en las operaciones donde serequiere un cubrimiento ms completo del agregado, y una mayor penetracin en lashendiduras o porosidades del material ptreo. Los de fraguado lento tienen pocautilizacin, normalmente su uso se ha restringido al de capas antipolvo y estabilizacin dearenas.

Con respecto a los asfaltos utilizados para emulsiones, an no se tiene unacorrelacin satisfactoria entre las propiedades del asfalto y su facilidad para ser emulsificado, esto es debido a la complejidad de su composicin. Sin embargo, se hadeterminado que los asfaltos ricos en asfaltenos y parafinas son difciles de emulsionar, ode estabilizar s ya han sido emulsionados. Generalmente, se utilizan asfaltos en el rangode penetracin 100 a 250, aunque se podran requerir asfaltos de mayor o menor dureza,dependiendo de las condiciones de trabajo.

2. EMULSIONES ASFLTICAS

Una emulsin asfltica consiste de una dispersin de finas gotas de asfalto,estabilizadas en una fase acuosa, por la presencia de un agente emulsificante,obtenindose un producto relativamente fluido. Pueden ser usadas sin adicin de calor ode solventes, adems, pueden ser bombeadas, almacenadas y aplicadas a temperaturasmucho ms bajas que con otro tipo de utilizacin del asfalto.

Bsicamente, una emulsin est constituida por asfalto, agua, un emulsificante, yen algunos casos, segn los requerimientos, cierto tipo de aditivo.


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Las emulsiones asflticas, pueden ser utilizadas en una gran variedad deaplicaciones, desde la construccin, mantenimiento y pavimentacin de carreteras yaeropuertos, hasta aquellas en las que el objetivo que se persigue es un cubrimiento queacte como una capa protectora; entre las ms importantes se tiene:

Fabricacin de morteros asflticos para impermeabilizacin. Impermeabilizaciones en automviles, viviendas, y tableros de puentes. Construccin de carpetas de rodamiento. Control de erosin de suelos. Bacheos. Cubrimientos anticorrosivos de tuberas subterrneas. Riegos especiales de proteccin de taludes, canales, obras hidrulicas. Riegos de curado, de penetracin y de imprimacin. Estabilizacin de suelos, lechadas bituminosas, riegos de adherencia. Riegos antipolvo en la industria del carbn.

2.1. Surfactantes en las emulsiones asflticas.Los emulsionantes cumplen la funcin de vencer la enorme tensin interfacial

entre el asfalto y el agua, permitiendo que el asfalto pueda ser fcilmente dispersado en lafase acuosa, al momento de elaboracin de la emulsin. Adems, favorecen la formacinde la doble capa elctrica alrededor de las gotas de asfalto, que impide que stas puedanunirse y por ende desestabilizar la emulsin ya formada. En el caso de emulsionesasflticas para mezclas, tanto el contenido de emulsificante como el pH de la solucinacuosa, tienen gran influencia en la propiedad de adherencia de las gotas de asfalto en losridos. Se dispone de diferentes tipos de surfactantes.

Las emulsiones preparadas con surfactantes catinicos presentan variascaractersticas importantes: son estables, rompen al contacto con la superficie, fijndoseall la fase orgnica dispersada, y la pelcula formada se adhiere fuertemente a lasuperficie y es relativamente insensible al agua. Por estas razones, este tipo de surfactantees el ms utilizado para carreteras, por sus propiedades que mejoran la adhesin delasfalto sobre las rocas, y de adaptarse a cualquier material rocoso.

Los surfactantes aninicos utilizados son sulfonatos de lignina o casi todos lostipos conocidos de derivados del petrleo: naftenatos, sulfonatos, cresilatos y sales desodio de cidos grasos. Dentro de stos, los ms importantes suelen ser los naftenatos desodio. Las molculas de estos jabones, de frmula general R-COO-Na (o RSO 3- Na +) seionizan en agua, para dar lugar a un cierto nmero de cationes Na + ( de K +) e igualnmero de aniones R-COO -; as, variando la intensidad del carcter lipoflico y ladensidad de carga negativa, se puede obtener una amplia gama de productosemulsificantes de distinto HLB, capaz de producir la emulsin con las caractersticasadecuadas de velocidad de rotura en presencia del material al cual se debe agregar laemulsin. Los sulfonatos de lignina que se obtienen en la industria de la pulpa y papel,como sales amoniacales de sodio o de calcio, pueden ser utilizados en la preparacin deemulsiones de sedimentacin lenta. Se menciona el uso de licores de desecho (sulftos) enel reacondicionamiento de superficies de rutas asfaltadas. Entre otros emulsificantes del


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tipo aninico se tienen: jabones de cortes de petrleo, residuos de la destilacin de cidosgrasos, residuos de la refinacin de aceites de semillas, etc.

Los surfactantes no-inicos no producen iones en solucin acuosa, lo cual se debea la presencia de grupos hidroflicos del tipo alcohol, fenol, ter o amida, y por tanto soncompatibles con cualquier otro tipo. Como consecuencia de que no existe una interaccin

inica entre el emulsificante y el material ptreo, su utilizacin puede ocasionar una pobre adhesin entre el asfalto emulsificado y el mineral, a menos que el emulsificante seutilice en un medio cido o bsico.

Los surfactantes anfteros presentan dos grupos funcionales, uno aninico y elotro catinico; en la mayora de los casos, es el pH que determina el carcter dominante,favoreciendo una u otra de las posibles disociaciones. Debido al carcter dual de este tipode emulsificantes, resultan ser excelentes emulsificadores del asfalto. Este tipo deemulsificante es compatible con los otros surfactantes; sin embargo, presenta ladesventaja de que su costo es bastante elevado.

2.2. Clasificacin de las emulsiones asflticas

Segn la concentracin de cada fase se tienen las emulsiones directas, en lascuales la fase hidrocarbonada se encuentra dispersa en la fase acuosa continua; y lasinversas o emulsiones de alta flotacin (high float), donde la fase continua la constituyeel asfalto.

Si bien las emulsiones asflticas son clasificadas generalmente de acuerdo al tipode surfactante utilizado (segn la carga elctrica que rodea la partcula de asfalto),tambin se considera una caracterstica importante al caracterizar las emulsiones: la tasade sedimentacin, que cuantifica la rapidez con la cual coalescen las partculassuspendidas de asfalto o cuan rpido se rompe la emulsin por evaporacin del agua, yque es afectada por el tipo y concentracin de emulsificante y las condiciones

atmosfricas. En tal sentido se emplean los trminos RS (Rapid Setting), MS (MediumSetting) y SS (Slow Setting) para designarlos.Las emulsiones de Rotura Rpida (RS) se utilizan principalmente en tratamiento

de superficies. Estas emulsiones interactan rpidamente con el agregado, y revierten laemulsin a asfalto. Este tipo de emulsiones produce pelculas resistentes y algunos grados(RS-2 y CRS-2) tienen altas viscosidades, para prevenir el escurrimiento, y que una vezformada la capa, sta no se despegue con facilidad. Estas propiedades la hacen ideal paraaplicaciones de rociado, tales como en bacheos, sellos arenosos y tratamientossuperficiales.

Las emulsiones modificadas con polmeros (Polymer Modified Grades) sonsuperiores a las de grado convencional, debido a la adicin de un polmero. La base

asfltica en estas emulsiones es ms adhesiva y elstica que los cementos asflticosconvencionales. Se obtienen buenos resultados en tratamientos de superficies con menos prdida de agregados, y mejora la resistencia al corrimiento y al agrietamiento a bajastemperaturas.

Las emulsiones de Rotura Media (MS) son diseadas para ser mezcladas conagregados, ya sea en fro o en caliente, y tambin para el tratamiento de superficies. Estasemulsiones no se rompen inmediatamente al contacto con el agregado, y por esta razn,algunas pueden ser elaboradas en una planta y la mezcla resultante, transportada al lugar


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de la pavimentacin. Las emulsiones MS han sido usadas con xito en mezclas deemulsiones de grado abierto, en reciclado de pavimentos y en mezclas en fro en plantascentrales.

Las emulsiones HF (High Float = de alta flotacin) tienen una calidad especficaque permite una densa pelcula asfltica sobre el agregado, sin riesgo de escurrimiento.

Esta pelcula gruesa asegura un mejor cubrimiento del agregado y baja susceptibilidad ala humedad. Las emulsiones HF crean una estructura de gel en el asfalto residual, quereduce la susceptibilidad a la temperatura del producto final. Estas presentan una espesa

pelcula de asfalto para mantener alta rigidez en un clima caliente y menor rigidez (mselstico) en climas fros. Las HF son buenas para sellos baratos (bacheos) donde elcubrimiento del agregado es completo. En las emulsiones HF modificadas con polmeros,el rendimiento de las emulsiones HF es incrementado. El asfalto residual de estasemulsiones provee una mezcla con alta fuerza adherente, adems de una buena capacidad

para soportar cargas al ser el pavimento un poco ms flexible.Las emulsiones de Rotura Lenta (SS) son diseadas para un tiempo mximo de

mezcla con los agregados. Su largo tiempo para la manipulacin asegura buen

cubrimiento con grados densos, de agregados con un alto contenido de finos. Suaplicacin se extiende, adems de la pavimentacin, a otros usos industriales. Para tales propsitos, la viscosidad de las emulsiones es baja y puede ser reducida an ms con laadicin de agua. Si se desea aumentar la velocidad de rotura, puede ser aadido un

pequeo porcentaje de cemento Portland o cal hidratada, durante la produccin de lamezcla. Otras aplicaciones de estas emulsiones incluyen bases de grado denso y bases

para estabilizacin. Una aplicacin diferente a la pavimentacin ha sido en el tratamientode suelos que han sido sembrados y fertilizados. El asfalto forma una pelcula delgadaque retiene las semillas en su lugar, absorbe y conserva el calor solar requerido para lagerminacin.

Con respecto a la nomenclatura para la identificacin de las emulsiones, se utilizael prefijo C en las emulsiones de tipo catinicas, por ejemplo CSS y CRS representanemulsiones catinicas de sedimentacin lenta y rpida , respectivamente. Cuando noaparece la letra C se asume que la emulsin es del tipo aninica o no-inica. Este sistematambin incluye la clasificacin de la emulsin de acuerdo al grado de viscosidad que

posea. De esta manera, se utilizan los sufijos 1 y 2 para designar a emulsiones cuyasviscosidades Saybolt Furol, a 122 F, se encuentran en los rangos 20-100 y 100-400 s,respectivamente. Cuando se ha utilizado un asfalto duro (penetracin de 40-50 a 77 F)en la manufactura de la emulsin, se suele colocar la letra h como sufijo. Cuando noaparece la letra h se sobreentiende que se ha utilizado un asfalto con penetracin entre100-200. Por ejemplo, CSS-1h representa a una emulsin catinica de sedimentacinlenta con viscosidad entre 20 y 100 s, en la que se ha utilizado un asfalto con penetracin40 a 90.

En la tabla 1 se describen las aplicaciones en las cuales las emulsiones asflticas pueden ser utilizadas dependiendo de la rapidez de ruptura, viscosidad y el tipo de asfaltoempleado.


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Tabla No. 1 Usos ms frecuentes de las emulsiones

ASTM D977 / AASHTO M208 ASTM D2397 / AASHTO M 140

Tipo de Construccin R S - 1

R S - 2

H F R S - 2

M S - 1 , H

F M S - 1

M S - 2 , H

F M S - 2

M S - 2

h , H

F M S - 2

h

H F M S

- 2 s

S S - 1

S S - 1 h

C R S

- 1

C R S

- 2

C M S

- 2

C M S - 2

h

C S S - 1

C S S - 1

h

Mezclas de asfalto y agregados:

Mezcla en Planta (en caliente) X A

Mezcla en Planta (en fro)

Granulometra abierta X X X X

Granulometra cerrada X X X X X

Arena X X X X X

Mezclado In-Situ

Granulometra abierta X X X X

Granulometra 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 (Sand Seal) X X X X X X

Lechada Asfltica (Slurry Seal) X X X X X

Micro-aglomerado (Micro-sufac.) XE

Sallado Doble (Sndwich seal) X X X

Capa Seal X X

Aplicaciones de Asflticas

Riego Pulverizado (Fog Seal) XB XC XC XC XC

Imprimacin (Prime coat) XD XD XD XD

Riego de Adherencia (Tack Coat) XC XC XC XC Control de Polvo (Dust Palliative)

XC XC XC XC

Proteccin con Asfalto (Mulch treta.) XC XC XC XC

Sellado de Fisuras (crack filler) X X X X

Mezclas de Mantenimiento

Uso inmediato X X X

Acopio X A Pueden emplearse otros grados que el HFMS- 2h cuando la experiencia demuestre que han tenido uncomportamiento satisfactorio

B

Diluido en agua por el fabricanteC Diluido con aguaD Mezclado solo para imprimacinE El polmero debe incorporarse durante o previamente a la emulsificacin


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2.3. Pruebas de calidad a las emulsiones asflticas.Consisten en una serie de ensayos que se realizan sobre la emulsin para

determinar si cumple con las especificaciones requeridas en un uso particular. Estas pruebas se aplican para el control de calidad tanto en su fabricacin como en suaplicacin.

Determinacin del pHEsta prueba permite verificar la acidez o alcalinidad de la solucin acuosa del

surfactante mediante un potencimetro (ver figura 4). El pH de la emulsin es difcil dedeterminar, debido a que sta se adhiere a las paredes de los electrodos del equipo demedicin, y no se obtienen resultados exactos; sin embargo, se puede tener un valor aproximado, por cuanto el pH de las emulsiones vara entre 0.5 y 0.8 con respecto al pHde la solucin acuosa.

Figura 4. Determinacin del pH de una emulsin asfltica

Destilacin (A.S.T.M D 244)Con esta prueba se determinan las proporciones de agua y residuo asfltico de la

emulsin (y solvente, en caso de un asfalto rebajado). El residuo asfltico se utiliza posteriormente en las pruebas de penetracin, ductilidad y solubilidad. El mtodoestablece una destilacin mediante un sistema como el que se muestra en la figura 5-A.

Residuo por evaporacin (A.S.T.M 244-Modificado)El objeto de esa prueba es determinar el residuo de las emulsiones asflticas,

mediante evaporacin rpida, ver figura 5-B. Resulta til para determinar el contenido deasfalto en el menor tiempo posible, principalmente cuando se trata de analizar el residuoasfltico procedente de una planta en operacin. El ensayo consiste en determinar, por diferencia de pesada, el contenido de asfalto de una muestra de emulsin que se somete aevaporacin por calentamiento directo de un recipiente de dimensiones normalizadas (20cm de dimetro por 5 cm de altura). El residuo obtenido en este ensayo tiende a dar valores de penetracin y ductilidad inferiores a los que se obtienen en el residuo por destilacin, por esto no puede usarse este residuo para tales ensayos.


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Figura 5. Equipos para (A) Destilacin, (B) Determinacinde residuo por evaporacin de una emulsin asfltica

Asentamiento (A.S.T.M D 244 29/32)El objeto de la prueba es obtener un ndice de la tendencia de las gotas de asfalto

al sedimentarse durante el almacenamiento prolongado de la emulsin. El equipo tpicoutiliza dos cilindros de 500 ml de capacidad con tapn de corcho o vidrio, ver figura 6-A.

Se coloca en cada cilindro una muestra de 500 ml de emulsin y se dejan en reposodurante cierto tiempo a temperatura ambiente. Transcurrido ese tiempo, se destapan loscilindros y se toman 40 ml de la parte inferior y superior de cada uno, tratando de noalterar el resto de la muestra, y se examina el residuo asfltico por evaporacin. Elasentamiento se reporta como la diferencia de los promedios porcentuales de asfalto de la

parte inferior y superior. El valor mximo permisible de asentamiento es de 5% paracualquier tipo de emulsin.

Figura 6. Equipos para determinacin de (A) Asentamiento,(B) Carga elctrica de una emulsin asfltica.

Carga Elctrica (A.S.T.M D 244).Esta prueba permite determinar si una emulsin es del tipo aninica o catinica,

basndose en la carga elctrica que posean los glbulos de asfalto. El experimentoconsiste en sumergir unos electrodos en una muestra de la emulsin, y hacer pasar una


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corriente elctrica durante cierto tiempo, luego del cual se examinan visualmente loselectrodos, ver figura 6-B. El electrodo con la mayor deposicin de asfalto libredeterminar el tipo de la emulsin.

Una variante de este ensayo consiste en medir el tiempo en que la lectura de laintensidad de corriente pasa de 8 mA a 2 mA, para de esta manera, clasificar a la

emulsin segn el tipo de rompimiento, de acuerdo a la escala mostrada en la tabla 2.Tabla 2. Escala de tiempo para identificar el tipo de emulsin.

Tipo de emulsin Tiempo (min) Rpida 3-15 Meda 15-45 Lenta 45-90

Muy Estable No es posible medirlo

Dimetro de gota de la emulsin.El tamao de gota es un factor que tiene gran influencia, tanto en la viscosidad

como en la estabilidad de una emulsin. Existen varios mtodos de anlisis de tamao degota, basados en diversos parmetros: Observacin con un microscopio. Reflectancia, en el cual la intensidad de la coloracin de una emulsin 0/W, cuya fase

interna contiene un colorante, decrece con el dimetro de gota. Turbidez, donde la cantidad de luz dispersada de un haz de luz monocromtica que

pasa a travs de una emulsin mono-dispersa diluida es proporcional al cuadrado deldimetro de la gota y a una fundn llamada "coeficiente de dispersin",

Mtodos basados en el uso de un contador del tipo Coulter, Mtodos que se basan en la difraccin de un haz de luz coherente lser

De entre los citados, este ltimo es el ms preciso, aunque tambin el ms

costoso, ver figura 7.

Figura 7. Equipo de medicin de dimetro de gota.


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Viscosidad Saybolt Furol (A.S.T.M. P 244 P 88)Esta prueba cuantifica el estado de fluidez de la emulsin a la temperatura de

estudio. Se lleva a cabo con un viscosmetro del tipo Saybolt, en el cual se mide el tiempoen que la muestra de emulsin llena un matraz aforado de 60 cm 3. Este tiempo se utilizacomo una caracterstica del tipo de rompimiento de una emulsin; rpido, medio o lento.

Los resultados se reportan en segundos Saybolt Furol, y por conveniencia y precisin deensayo, se realiza a dos temperaturas, 25 C y 50 C, las cuales cubren el intervalonormal de trabajo, ver figura 8.

Figura 8. Medicin de Viscosidad Saybolt Furo l

Adhesividad ( A.S.T.M. D 244 50/55)Esta prueba se realiza con el propsito de determinar la facilidad con la que una

emulsin puede recubrir completamente un material determinado (agregado), soportar una accin de mezclado al permanecer como una pelcula sobre el agregado, y resistir laaccin del agua de lavado, despus de completar el mezclado, ver figura 9. El ensayo, tilen las emulsiones de rotura media y lenta, tambin permite determinar la estabilidad

qumica de la emulsin, mediante la evaluacin de la capacidad de cubrir uniformementea un tipo de rido considerado, o a un rido que se desea ensayar en una determinadaobra.

Figura 9. Prueba de adhesividad e una emulsin asfltica es sus distintas fases:vertido de la emulsin, inclusin del agregado y vertido final usando diferentes

cantidades de agua de pre-mezclado.


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ndice de roturaEste ensayo se basa en la actividad de una emulsin en presencia de materiales

finos, y permite medir la velocidad de rotura de una emulsin en condicionesnormalizadas, empleando un material de referencia que puede ser cemento Portland o

polvo de slice, segn el tipo de emulsin a estudiar. En determinada cantidad de

emulsin se introduce el relleno a cierta velocidad (g/s) y con agitacin constante paraasegurar la homogeneidad, ver figura 10; el relleno se aade hasta la rotura de laemulsin, y el ndice de rotura se expresa como una relacin entre la cantidad de rellenoaadido y la cantidad de emulsin ensayada.

Figura 10. Medicin del ndice de rotura

PenetracinEsta prueba se realiza al asfalto residual despus de que se ha roto la emulsin, y

se ha eliminado la fase acuosa. El procedimiento es similar al realizado al asfalto solo,antes de ser emulsificado (ver figura 1).Existen adems otros ensayos para las emulsiones asflticas y para el residuo asfltico: Demulsibilidad (A.S.T.M D 244 25/28). Miscibilidad con cemento Portland (A.S.T.M D 244 33/37). Miscibilidad con agua (A.S.T.M. D 244). Ductilidad del asfalto residual.

2.4. Manejo y almacenamiento de emulsiones asflticas

Este aspecto exige mayores precauciones que para otros tipos de materialesasflticos; un manejo o almacenamiento inapropiado (o ambos) puede producir su rotura

prematura y producir prdidas; por tanto, se debe seguir ciertas reglas, cuya aplicacinasegura resultados ptimos: Las emulsiones pueden transportarse con el mismo equipo utilizado para el transporte

de asfaltos lquidos, y no se requieren tanques dotados de serpentines para calentar durante el trayecto de la planta productora a la obra, disminuyendo considerablementelos costos energticos.

La descarga de cisternas puede hacerse por gravedad o utilizando bombas contolerancias apropiadas que permitan el libre flujo del lquido.

El transporte debe hacerse en cisternas provistas de rompeolas que dividan su interior, para evitar la formacin de espumas.


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Para almacenarlas, pueden utilizarse los mismos tanques de eje horizontal quecomnmente se usan para asfaltos lquidos, y presentan la ventaja de no requerir calentadores especiales.

En lo posible, se deben utilizar tanques de almacenamiento verticales (para almacenar emulsiones por largos perodos de tiempo) porque es mucho menor el rea de

emulsin expuesta al aire que en tanques horizontales, disminuyendo la posibilidad deformacin de natas. Cuando se requiera almacenar una emulsin por largos perodos de tiempo, se debe

recircular con la frecuencia requerida (segn la sedimentacin de la emulsin). La salida de la emulsin debe ser por el fondo del tanque, para minimizar la

contaminacin por nata que se haya formado. Se deben evitar repetidos bombeos y reciclados, si es posible, puesto que la

viscosidad puede afectarse e involucrarse aire, haciendo inestable la emulsin. La temperatura de almacenamiento debe estar comprendida entre 10 y 85 C; las

emulsiones de rotura rpida y alta viscosidad deben almacenarse a temperaturas entre50 y 85 C, como se muestra en la tabla 3.

No se debe calentar la emulsin almacenada a temperaturas superiores a 85 C. Lastemperaturas elevadas evaporan el agua, lo cual trae como consecuencia, un aumentoen la viscosidad y formacin excesiva de nata que inutilizan la emulsin y hace difcilla desocupacin del tanque.

Temperaturas inferiores a 10 C producen el rompimiento de la emulsin, separandoel asfalto del agua, con lo cual igualmente se inutiliza la emulsin y hace difcil lalimpieza.

Tabla 3. Temperaturas de almacenamiento de Emulsiones asflticas, oC

Grado Mnima Mxima RS1 20 60

RS2;CRS1;CRS2 50 85 SS1;SS1h;CSS1;CSS1h;

MS1;HFMS1 10 60

MS 2; CMS 2; CMS 2h;HFMS 2; HFMS 2h

20 70

2.5. Emulsiones asflticas en Venezuela.

El uso de emulsiones asflticas en Venezuela se inicia en los aos 80. Lasaplicaciones han consistido en gravas estabilizadas, bases asflticas, slurry seal y sellosmonocapa y bicapa. En la actualidad se cuenta con 12 carreteras construidas total o

parcialmente a base de emulsiones. Entre ellas tenemos 30 km. de la carretera Coro-Churuguara, 70 km. de reciclaje y estabilizacin de la carretera Lara-Zulia y 80 km. dereciclaje y estabilizacin de la carretera Yaracal-Piritu.

Entre los aos 1980 y 1981, se realizaron trabajos de sellado en el municipioGuayabal del estado Guarico. En el estado Lara, se aplicaron lechadas sobre 200.000 m 2 del aeropuerto de Barquisimeto entre los aos 1984 y 1985, tambin se aplico slurry sealsobre 1.000.000 m 2 del sector Puricaure en este mismo estado en 1985.

En el estado Barinas, podemos mencionar 10 km. de carretera en Sabaneta yalgunos barrios de Sabaneta en el ao 1986.


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En la figura 11, podemos observar las zonas donde existen plantas de emulsionesasflticas en el territorio nacional. Algunas plantas continan en operacin, mientras queotras han detenido sus operaciones.

Figura 11. Plantas de emulsiones asflticas en Venezuela .

2.6. Ventaja del uso de las emulsiones asflticas.

Los asfaltos, de manera general se pueden fluidizar para ser aplicados utilizandocalentamiento, diluyndolo con solventes, o usndolos emulsionados.

La dilucin con solventes, implica algunas desventajas ya que la mezcla se aplicacomo lquido que cuela entre las piedras ya compactadas, pero luego, el solvente(generalmente gasolina) se evapora hacia la atmsfera. Este proceso, es adems decostoso, contaminante. Otra desventaja es el arrastre de la mezcla en caso de lluvia, locual conlleva a que no se pueda compactar posteriormente e igualmente tarda tiempo ensecar. Uno de los fenmenos ms importantes es que la adhesin asfalto-roca no estagarantizada debido a problemas de mojabilidad.

La aplicacin del asfalto en caliente requiere calentar la mezcla (y por tanto la piedra), ya que este tiene que mantenerse caliente para el mezclado y la aplicacin, por locual se genera una leve contaminacin ambiental debido a la evaporacin de algunosconstituyentes del asfalto. En general este proceso ofrece una buena adhesin, pero tarda


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en enfriar por lo cual el uso de la carretera se demora. La aplicacin del asfalto de estamanera lo hace sensible a la lluvia y es aplicable ms que todo a gran escala.

Las emulsiones asflticas implican un proceso de emulsionacin y son aplicablesen fro. De manera general no contaminan, pues no hay evaporacin ni de solventes ni deconstituyentes del asfalto. Este proceso se puede aplicar sin importar la lluvia. Para el

uso en carreteras, las emulsiones asflticas ofrecen una buena adhesin, sin embargo, el proceso de adherencia es sensible al agregado rocoso y por supuesto, sensible a laformulacin en si, lo cual lo convierte en un proceso complejo.

3. USO DE EMULSIONES ASFALTICAS.

Las emulsiones asflticas tienen gran aplicabilidad dentro de la industria de losmateriales de construccin. Estas se pueden usar para diversas aplicaciones dependiendosi contienen o no agregados, segn:

o Sin agregados

Riegos Tratamientos y sellado.

o Con agregados

Tratamientos superficiales. Tratamientos antifisuras. Lechadas o slurrys. Reciclados. Mezclas en fro

3.1. Uso de emulsiones asflticas sin agregados.

Las emulsiones asflticas se utilizan en distintas industrias: sellados, recubrimiento decaeras, sellados de techos y azoteas, agricultura, fijacin de mdanos, pellets paradeposicin de residuos industriales y radiactivos, aislaciones, lagunas y reservorios deaguas o efluentes, impermeabilizacin de canales de riego y por supuesto trabajos viales.

RiegoEl riego consiste en la distribucin, rociado uniforme de la emulsin asfltica de

manera tal que el mismo sea uniforme. Estos riegos no requieren la utilizacin de

agregados. La forma ms comn de efectuar el riego de la emulsin asfltica esutilizando un camin regador. Este regador debe estar provisto con una bomba paraobtener un riego uniforme.

Riego de liga:Es la aplicacin de la emulsin asfltica sobre un pavimento ya existente y se utiliza

para obtener una buena adherencia con la nueva capa asfltica a construir, ver figura 12.La emulsin comnmente usada para este trabajo es la emulsin de tipo catinico de


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ruptura rpida. En algunos casos se utilizan emulsiones medias. El objetivo es lograr unacapa fina y uniforme de emulsin la cual liberar el asfalto luego de romper. Esimportante determinar la cantidad de emulsin a aplicar de acuerdo al estado de la carpetaexistente. Esta cantidad ser lo suficiente para lograr una adecuada adherencia entre lascapas asflticas evitando los excesos que podran provocar exudacin del asfalto.

Figura 12. Riego de emulsiones asflticas (Manual Wirtgen de reciclado en frio, 2004)

Una variante interesante y muy comn en algunos pases es la modificacin de laemulsin con latex. Esto permite obtener una mejor adherencia entre las carpetasasflticas, obtener una pelcula asfltica totalmente impermeable que tampoco permite el

paso de cationes a travs de ella (motivo de la aparicin de ampollas en la superficie).

Riego de Curado:Este riego se aplica sobre un agregado estabilizado con cemento o cal para evitar una

evaporacin excesiva y con esto facilitar el fraguado. Las normas internacionalesrecomiendan la utilizacin de emulsiones de corte rpida para esta tarea. Este riego permite que el pavimento adquiera un color negro uniforme en toda su superficie, fijandocualquier material suelto (polvo) y sellando pequeas fisuras.

Riego Antipolvo:Se realiza en caminos de tierra para fijar el material suelto de su superficie. El

objetivo final es obtener una pelcula delgada de asfalto a partir de riegos sucesivosefectuados con una emulsin muy diluida.

En caminos de tierra, un automvil produce 560 toneladas de polvo por Km. al ao.Adems, en estos caminos la tasa de accidentes es dos veces mayor que en otras calzadas.

Tratamientos y sellado.En este caso, la emulsin se aplica sobre superficie de pavimentos envejecidos (ver

figura 13) con el objeto de rejuvenecerla sellando pequeas grietas y poros superficiales,o bien producir un puente de adherencia con una nueva carpeta asfltica que la cubrir.Tambin puede ser utilizada para sellar (impermeabilizar) la superficie de una carpetanueva o de un tratamiento superficial de reciente confeccin.


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Figura 13. Tratamiento usando emulsin asfltica.

3.2. Uso de emulsiones asflticas con agregados.

Tratamientos superficiales.Los tratamientos superficiales mediante riego con gravilla tienen su origen en Francia

en 1871 con la utilizacin de alquitranes provenientes del residuo de la produccin de gas para alumbrado. El mtodo consista en aplicar el alquitrn a temperatura ambiente sobrela calzada para luego hacerlo arder. En 1896 Cirardeau desarrolla la tcnica aplicando elalquitrn en caliente, pero su gran difusin se da en las postrimeras de la primera guerramundial. Con la aparicin de las emulsiones asflticas, la tcnica toma un nuevo auge.

Hoy en da, el tratamiento superficial simple consiste en la aplicacin de la emulsinsobre una superficie cualquiera de un camino, seguida de una capa de agregado ptreo deun tamao aproximadamente uniforme. Se pueden hacer dos o tres aplicacionessucesivas y alternadas de emulsin asfltica y de agregado ptreo (tratamiento bicapa ytricapa, ver figura 14). El espesor mximo de los tratamientos es de aproximadamenteuna pulgada.

Figura 14. Tratamiento superficial en varias capas

Los ridos a emplear en tratamientos superficiales son procedentes de trituracin de piedra caliza o grava natural.

Tratamientos antifisuras.Las fisuras (ver figura 15) pueden clasificarse por la forma de agruparse, por sus

caractersticas geomtricas y por su origen. Su tratamiento puede hacerse mediante una


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emulsin asfltica, esto retarda el nuevo inicio de las fisuras, aunque luego depender dela capa de aglomerado que pongamos sobre esta. Las lechadas asflticas clsicas conemulsiones asflticas se pueden modificar con la incorporacin de fibras para poder incorporar una mayor cantidad del ligante.

Figura 15. Fisuramiento de un pavimento, (Manual Wirtgen de reciclado en frio, 2004)

En la actualidad se ha desarrollado un geotextil impregnado que sirve como

elemento de retencin absorbiendo una cantidad de ligante, mientras que el asfaltoasegura la estanqueidad, facilita la unin entre las capas y disipa los movimientoshorizontales entre los bordes de la fisura. Se utilizan emulsiones catinicas modificadas.

Lechadas o Slurrys.Las lechadas asflticas y los micropavimentos (microsurfacing) son tcnicas

modernas de tratamientos superficiales. Ambas se pueden usar para procedimientos preventivos o correctivos de la superficie del pavimento. Para aplicarlas comnmente seutilizan equipos autopropulsados (ver figura 17) en los cuales se realiza la mezcla de loscomponentes y su extendido aunque se pueden utilizar mezcladores comunes yextenderlas manualmente.

Figura 16. Equipo para aplicacin de lechadas

Las lechadas asflticas son la combinacin de un agregado denso con emulsinasfltica, agua, filler mineral y aditivos (si son necesarios) la cual es aplicada en una fina


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capa para recubrir y proteger el pavimento. Es una mezcla rica en asfalto la cual se puedeaplicar en rutas nacionales, provinciales, calles urbanas, aeropuertos, reas deestacionamiento, caminos laterales, etc. Su espesor tpico se encuentra entre 3 y 14 mm.Esta tcnica se puede realizar sobre pavimentos nuevos o ya existentes, sobre asfalto oconcretos, as como tambin sobre bases estabilizadas (por ejemplo suelo-arena-

emulsin).El principio de esta tcnica consiste en obtener, por la combinacin de todos loscomponentes, una mezcla con la consistencia de una lechada la cual es esparcida sobre el

pavimento, ver figura 17. Tan pronto como se realiza la mezcla un proceso qumicocomienza para culminar con el rompimiento de la emulsin y la cohesin de la mezcla.La combinacin de un agregado adecuado con emulsin asfltica permite optimizar estatcnica.

Figura 17. Aplicacin de lechadas, (Manual Wirtgen de reciclado en frio, 2004)

La velocidad de este proceso depende de la qumica del agregado y del filler, laformulacin de la emulsin, el tipo y la concentracin del aditivo y de la temperatura. Lalechada asfltica puede ser formulada para obtener una de las dos variedades: unaapertura al trnsito de 2 a 4 horas o una apertura al trnsito de menos de 1 hora.

Siempre es mas conveniente desarrollar una emulsin considerando el agregado autilizar y las caractersticas de la obra (contenido de finos, clima, trfico, tipo demezclador, etc.). Las emulsiones generalmente son de ruptura lenta pero tambin se

pueden usar superestables o emulsiones ms rpidas.

Reciclados.El reciclado en fro puede ser realizado mediante emulsiones asflticas en planta o in-

situ. En planta, el reciclado se logra mediante el transporte del material recuperado de un pavimento existente a un depsito central, donde el material se trabaja con una unidad de procesamiento (como un mezclador continuo). In-situ, el reciclado se logra utilizando unamquina recicladora mvil. Las etapas del reciclado in-situ pueden notarse en la figura18.


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Figura 18. Etapas del reciclado y equipos usados

Diferentes surfactantes y aditivos son utilizados para variar las dosificaciones demanera de ajustar una emulsin a una aplicacin especfica. Dado que el tipo de materialque se mezcla con la emulsin tiene una gran influencia en la estabilidad (tiempo dequiebre), es importante que al fabricante de la emulsin le sea entregada una muestrarepresentativa del material que debe ser reciclado. Cualquier tipo de filler activo que sedebe aadir en conjunto con la emulsin asfltica debe ser tambin suministrado para

permitir desarrollar y ensayar la formulacin correcta de la emulsin.

Las emulsiones asflticas son susceptibles a la temperatura y presin. Las condicionesque van a hacer que el asfalto se separe de la suspensin (lentamente como floculacin,o instantneamente como quiebre instantneo) deben ser claramente entendidas paraevitar de que esto ocurra en terreno. De igual manera, el fabricante debe conocer lascondiciones predominantes en terreno para permitir una formulacin correcta, incluyendolos detalles de todas las bombas que sern utilizadas para transferir la emulsin entre losestanques y para suministrar la barra con aspersores en la recicladora.

Por ejemplo, el mezclado de emulsiones aninicas con catinicas resulta en unquiebre instantneo y bloqueo de bombas y caeras con asfalto viscoso. Esto puede ser

prevenido marcando y almacenando las emulsiones cuidadosamente y asegurando que lossistemas de distribucin estn libres de residuos de la utilizacin anterior.

De manera de ganar resistencia, una mezcla de emulsin debe expulsar el exceso deagua, o curar. A pesar de que algunos materiales estabilizados con emulsin asfltica

pueden alcanzar su resistencia total en un perodo corto de tiempo (un mes), el curado puede tardar ms de un ao para algunos materiales. La longitud de este perodo estafectada por el contenido de humedad del terreno, la interaccin emulsin/agregado, elclima local (temperatura, precipitacin y humedad) y el contenido de vacos de la mezcla.La adicin de cemento tiene un impacto significativo en la tasa de ganancia deresistencia. Esto es particularmente til cuando el trfico debe ser acomodado en unacapa reciclada poco tiempo despus del tratamiento.

Mezclas asflticas.

Es la combinacin de un rido con un ligante asfltico, que en una pelculacontinua, envuelve todas y cada una de las partculas minerales del rido. Esta mezcla seutiliza en la construccin de pavimentos flexibles de alta calidad, ya sea como basesasflticas o como carpetas de rodamiento. Las mezclas asflticas confieren a los

pavimentos las siguientes propiedades: Estabilidad para resistir las deformaciones ocasionadas por las cargas impuestas. Impermeabilizan el cuerpo de la va, disminuyendo los efectos nocivos del agua sobre

el pavimento.


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El ligante asfltico aporta cohesin al cuerpo de la carpeta construida, evitando ladisgregacin de los ridos por efecto del desgaste y las cargas del trnsito.

Aumenta el ngulo de friccin interna de la capa asfltica con respecto a una capagranular sin tratar.

Dota de la rugosidad necesaria a la superficie de rodamiento, para permitir un trnsito

seguro.

Segn sea el proceso utilizado para lograr el cubrimiento de los ridos por elligante asfltico, las mezclas asflticas se dividen en:

Mezclas asflticas en caliente Mezclas asflticas en fro.

Mezclas asflticas en calienteLas mezclas asflticas en caliente son mezclas agregado-asfalto que utilizan como

material ligante un cemento asfltico que no es fluido a temperatura ambiente, por tanto,requiere ser calentado a altas temperaturas hasta lograr disminuir su viscosidad a un valor

requerido. En el proceso de elaboracin es necesario calentar el agregado a temperaturassimilares a las del ligante a fin de mantener la viscosidad y en ningn caso, la diferenciade temperatura entre el asfalto y los ridos debe ser mayor a 10 C.

Mezclas asflticas en froLas mezclas asflticas en fro se subdividen en dos grupos segn el proceso

utilizado para fluidificar el asfalto base:

Mezclas en fro con asfaltos rebajados Mezclas en fro con emulsiones asflticas

Las mezclas en fro con asfaltos rebajados, son la combinacin rido-asfalto queutilizan como ligante un cemento asfltico rebajado, tambin conocido como asfaltolquido. Este asfalto, como se ha explicado anteriormente, se obtiene mediante la adicinal asfalto base, de solventes de su misma naturaleza (kerosn, nafta, gasoil). Losrequisitos que deben cumplir estas mezclas se encuentran especificados en las normasCOVENIN, sealados con los nmeros: 12-0 al 12-9.

Las mezclas en fro con emulsiones asflticas son mezclas rido-asfalto queutilizan como ligante el mismo cemento asfltico empleado en las mezclas en caliente yen fro con asfalto rebajados, con la diferencia de que ste se encuentra emulsionado enun fase acuosa.


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4. FENOMENOS INVOLUCRADOS EN LA FORMACION YROMPIMIENTO DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS

4.1. Proceso de emulsionacin.

La emulsionacin es el proceso mediante el cual se obtiene una emulsin a travsde la agitacin de una mezcla de agua, aceite y surfactante. Existen tres mtodosgenerales para obtener emulsiones: 1) la emulsificacin fsica por ruptura de gotas, 2) laemulsificacin por inversin de fases y 3) la emulsificacin espontnea. Los dos ltimosmtodos se pueden describir como procesos con basamento qumico, ya que la naturalezafinal de la emulsin es controlada principalmente por la qumica del sistema (naturalezade los aditivos, temperatura, fracciones de las dos fases, etc.), mientras que el primer mtodo, depende ms de las propiedades reolgicas y qumicas de los componentes .

Existe una gran variedad de equipos o mtodos mecnicos para hacer emulsiones,la tabla 4 muestra una lista de ellos, no obstante, la prctica de muchos de estos mtodosson limitados y de poca importancia.

Tabla 4. Mtodos mecnicos utilizados en la emulsionacin .

Mtodo EnergaSuministrada

Proceso Formacinde Gotas

Barrido L B T Mezclado:

SimpleRotor,

estator Vibrador Raspador

LM-H

LL-M

B,CB,CB,CB,C

T,VT,VT,VV

Flujo por tubera:Laminar Turbulento

L-ML-M

CC

VT

Molino de coloides M-H C V Molino de bola M B,C V Homogenizador H B,C T,V,CV Ultrasonido M-H B,C CV,T Inyeccin L B,C T,V Elctrico M B,C - Condensacin L-M B,C -

L = baja, M = mediana, H = alta, B = batch, C = continuo, T = turbulento,V = fuerzas viscosas en flujo laminar, CV = cavitacin.

Generalmente la fabricacin de emulsiones asflticas se realiza en molinos decoloides (ver figura 19), especialmente si se utiliza un agente emulsionante del tipocatinico. Las emulsiones hechas con emulsionantes aninicos frecuentemente puedenfabricarse con equipos de menor energa suministrada, como los mezcladores simples.


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Figura 19. Molino de coloides .

El proceso llevado a cabo en un molino coloidal, consiste principalmente enintroducir el asfalto caliente al molino, y al mismo tiempo se alimenta agua emulsionante

a una temperatura apropiada (ver figura 20); el asfalto caliente asegura una bajaviscosidad.

Figura 20. Proceso industrial de emulsionacin

El asfalto y el agua emulsionante, al pasar por el molino coloidal, se someten aintensas tensiones de cizallamiento, lo cual hace que el asfalto se divida en pequeasgotas dentro del agua, dando lugar a la emulsin. La emulsin formada se bombea atravs de un intercambiador de calor y el exceso de calor producido se utiliza paracalentar el agua emulsionante antes de entrar al molino tal como se detalla en la figura 21correspondiente a una planta tpica de fabricacin de emulsiones asflticas .


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Figura 21. Esquema de fabricacin de emulsiones asflticas

4.2. Factores que afectan la morfologa de una emulsin La formulacin fisicoqumica del sistema : La formulacin fisicoqumica es el factor

de mayor influencia sobre el resultado final de una emulsin. En ella se incluye, lanaturaleza del agente emulsionante y su afinidad prevaleciente, la naturaleza de lasfases acuosa y oleica, y la temperatura. Existen varios parmetros para caracterizar elcomportamiento de los surfactantes, entre los ms conocidos y aceptados seencuentran el balance hidroflico-Lipoflico (HLB), la relacin de Winsor (W) y ladiferencia de afinidad de los surfactantes (SAD).

Las variables de composicin : Este factor involucra las cantidades relativas de agua yaceite, adems de la concentracin del surfactante. Generalmente se expresa enfracciones volumtricas de agua.

El protocolo y condiciones de emulsionacin : Aqu se incluyen todos los factoresfluomecnicos que afectan la morfologa resultante en la emulsin. Entre ellos seencuentran, el tiempo y la intensidad del proceso de mezclado, el orden de adicin delos componentes de la emulsin, el tiempo de pre-equilibracin y el equipo empleado

para la obtencin de la emulsin.

4.3. Estabilidad de Coloides y Estabilidad de Emulsiones.

La teora de DLVO explica la culminacin de la estabilidad de sistemascoloidales; explicando la influencia preponderante de la valencia de los electrolitos sobrela concentracin crtica de coagulacin descrita por la Ley de Shultz-Hardy y asociada almodelo cintico de colisin browniano de Von Smoluchowski, describen la cintica decoagulacin de las partculas coloidales, (ver libro 614).La desestabilizacin de una emulsin ordinaria implica tres etapas: Sedimentacin de gotas. Drenaje de pelcula entre gotas.


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Ruptura de la pelcula entre gotas comenzando la coalescencia.Sedimentacin de gotas : Este proceso se debe a la diferencia de densidades entre lasgotas y la fase continua. La velocidad de sedimentacin de las gotas es una funcincreciente de esta diferencia, del tamao de las gotas y del incremento en la aceleracin;las cuales son inversamente proporcionales a la viscosidad de la fase continua (figura 22).

Cuando la distancia entre dos gotas no es mayor a la de un dimetro, la sedimentacin serige por la Ley de Stokes.

Figura 22. Sedimentacin de las gotas de asfalto.

Drenaje entre gotas : El drenaje entre gotas depende de las presiones ejercidas por lasgotas y la viscosidad de la pelcula, dos parmetros dependientes de la presencia detensoactivos en la interfase gota-fase continua. Los principales fenmenos que retardan eldrenaje de pelcula entre gotas de una emulsin son:

a) El primer fenmeno es la repulsin electrosttica ejercida entre dobles capas elctricasdel mismo signo. Esta repulsin tiende a elongar las interfases y reduce la presin sobrela pelcula (figura 23-A).

b) El segundo fenmeno al igual que el primero, es originado por las repulsiones estricascreadas entre los grupos lipoflicos de los tensoactivos. En el caso de emulsionesaceitosas y acuosas esta repulsin existe si los tensoactivos poseen dos grupos polaresfuertemente solvatados o stas son molculas de grandes dimensiones (figura 23-B).

Figura 23. Efectos retardados del drenaje de la pelcula intergotas cuandohay la presencia de surfactantes en la interfase agua/aceite .


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c) La electroviscosidad es el tercer fenmeno (figura 23-C), cuando el drenaje de la pelcula produce una deslocalizacin de contraiones de la doble capa. La cmara elctricacrea una tendencia a impedir esta localizacin, la cual induce una fuerza elctrica aldrenaje.

d) El cuarto fenmeno se debe a las interacciones ejercidas entre molculas adsorbidas ymolculas de la fase continua. Frecuentemente, estas interacciones son relativamentefuertes, dando a la pelcula una viscosidad ms grande que la del agua y creando unaviscosidad de la interfase pelcula-gota que es igualmente opuesta al drenaje (fig. 23-D).

La ruptura de la estabilidad de las emulsiones es un fenmeno donde las fuerzaselctricas representan una parte de las fuerzas presentes. La complejidad del fenmeno serefuerza con la agitacin sobre el sustrato mineral, ver Cuaderno S610A para mas detalle.

5. ROMPIMIENTO DE EMULSIONES ASFALTICAS

El tiempo de ruptura de una emulsin asfltica esta controlado principalmente por el tipo y cantidad de surfactante utilizado, adems del tipo de agregado utilizado para surompimiento, su composicin qumica y granulomtrica, la temperatura y las condicionesclimticas donde se aplique.

De manera general, el tiempo de ruptura en las emulsiones catinicas es mas breve que las aninicas, y puede ser utilizada a mas baja temperatura. Las emulsionesaninicas son utilizadas en el caso de que el agregado utilizado sea extremadamenteelectropositivo.

El tiempo de ruptura puede acelerarse por medios mecnicos como el uso derodillos vibrantes. Mientras mas porcentajes de finos tengan los ridos usados para laruptura, el proceso de ruptura es acelerado debido a la alta superficie especifica cargadaelctricamente.

5.1. Rompimiento de emulsiones asflticas aninicas.

Los agentes tensoactivos empleados son normalmente jabones, resinas de cidos grasos,etc. Se produce una gota de asfalto con una carga elctrica superficial negativa, lo cualimplica potenciales problemas de adherencia sobre los ridos cidos o silceos como elgranito o las cuarcitas.

Estas emulsiones no rompen con el uso de ridos cargados negativamente sinosolo hasta que el agua de la emulsin se haya evaporado. El uso de emulsiones asflticasde tipo aninicas, son utilizadas normalmente cuando el rido empleado para su rupturaesta cargado positivamente. En estos casos, los fenmenos involucrados en su ruptura,son anlogos a los que ocurren en el proceso de ruptura de emulsiones catinicas conagregados negativos que sern discutidos mas adelante. Sin embargo, estos ridos no soncomnmente utilizados para este tipo de aplicaciones debido a su disponibilidad en lazona de aplicacin.


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5.2. Rompimiento de emulsiones asflticas no inicas.

Los surfactantes utilizados para fabricarlas son nonilfenoles etoxilados con un altonumero de oxido de etileno. Este tipo de emulsiones no son muy estables, ya que lasgotas carecen de carga elctrica que impida su unin y posterior floculacin. Este tipo de

emulsiones son entonces de rpida ruptura y el rompimiento se debe netamente a lafloculacin de las gotas y evaporacin del agua de la emulsin, es decir que se puedeaumentar su velocidad de ruptura con el aumento de la temperatura.

5.3. Rompimiento de emulsiones asflticas catinicas.

Los surfactantes utilizados para su fabricacin son amonios cuaternarios oaminas. Estos compuestos le confieren a la gota de asfalto una carga elctrica positiva.Las emulsiones catinicas rompen por adsorcin del agente emulsionante sobre lasuperficie del agregado. A continuacin, se explican los distintos fenmenos que debenconsiderarse para el entendimiento de la ruptura de las emulsiones asflticas de tipo

catinico.

5.3.1. Equilibrio surfactante-solucin acuosa.

Los amonios cuaternarios son sales que se solubilizan sin mayor inconveniente ensolucin acuosa y de manera anloga a cualquier sal inorgnica. En el caso de lasaminas, esas actan como bases dbiles o muy dbiles y su solubilizacin en aguadepende directamente del pH del medio, ver figura 24.

Figura 24. Ionizacin de aminas grasas a pH cidos

Como se observa, las aminas se ionizan formando un in amonio cargado positivamente. El grado de ionizacin depende directamente de la constante de equilibriode la ionizacin (constate de basicidad). En el caso de diaminas o poliaminas, se pueden

producir 2 o mas cargas dentro de las molculas dependiendo del nmero de gruposamonios y del pH del medio, ver figura 25.

Figura 25. Ionizacin de diaminas y poliaminas


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Podemos notar de esta manera que las aminas grasas son compuestos no inicos a pH neutro, y de naturaleza lipoflica, mientras que a pH cido, adquieren carga positiva yaumentan su afinidad hacia el agua, es decir, a menor pH se tiene mayor cantidad deamonio hidrofilico.

5.3.2. Adsorcin de surfactante en la interfase.La absorcin del surfactante catinico tipo amina en la interfase (gota) depende

directamente de su concentracin, del pH del agua y de la cola del surfactante. Mientrasmas larga sea la cola, mas lipofilico es el surfactante, tendiendo a adsorberse en mayor

proporcin en la interfase, tal como se refleja en la figura 26.

Figura 26. Adsorcin del surfactante en la interfase en funcin del tamao de la cola

En la figura 26, representa la fraccin de interfase cubierta por el surfactante.

El pH influye tambin en el proceso, ya que como hemos visto anteriormente a mayor acidez del medio, mayor grado de ionizacin tendr la amina y aumentar el carcter hidroflico de las sustancias presentes en el equilibrio.

5.3.3. Adsorcin de iones y surfactantes en la superficie slida.

Si agregamos un agregado fino con carga elctrica neta negativa como la arena enuna solucin de surfactante, algunos iones pueden adsorberse sobre la superficie delagregado debido a la atraccin electrosttica. Tal es el caso de los iones H + en unasolucin cida de surfactante, donde estos cationes se adsorben sobre la superficie de la

arena que posee carga elctrica negativa. Este fenmeno puede modificar el proceso deadsorcin del surfactante sobre el agregado y debe tenerse en consideracin cuando sehacen emulsiones asflticas con aminas.

La carga superficial neta de las partculas de agregado, pueden medirse medianteun zetmetro (potencial ) a diferentes valores de pH. Esta informacin nos indica elvalor de pH de la solucin, a la cual carga neta de las partculas de agregado se hanneutralizado completamente (punto isoelctrico). Normalmente se realiza un barrido de

pH y se mide el potencial , ver figura 27.


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Figura 27. Potencial en funcin del pH .

La adsorcin de los surfactantes inicos en la inferfase slido/lquido juega un rolimportante en el mbito comercial y tecnolgico: los surfactantes son empleados paraejecutar dos funciones principales, denominadas la estabilidad del coloide y elcomportamiento de mojabilidad. La estabilidad del coloide comprende campos comomecanismos de la detergencia y de antideposicin, formulacin de pigmentos y

dispersiones farmacuticas, condicionamiento de suelos agrcolas, polimerizacin deemulsiones, flotacin y otros procesos de separacin de minerales. Mientras que lamojabilidad es importante en la dispersibilidad de polvos, la detergencia, la tintura oteido, flotacin, aplicaciones en pesticidas y herbicidas y recuperacin terciaria decrudos.

La adsorcin de los surfactantes en la interfase slido/lquido es influenciada por numerosos factores: (a) la naturaleza de la estructura de los grupos en la superficie slida,que comprende: la densidad de los sitios de adsorcin, de las heterogeneidadessuperficiales y la carga elctrica de las superficies; (b) la estructura molecular delsurfactante (inica, noinica, naturaleza del grupo hidrfilo, longitud de la cadenaaliftica o aromtica); y (c) las caractersticas de la fase acuosa (pH, temperatura,

presencia de electrolitos, etc.). Todos estos factores determinan el mecanismo por el cualocurre la adsorcin y la eficiencia de la misma . Existen varios tipos de mecanismos susceptibles de producir la adsorcin de un

surfactante a partir de una solucin en una interfase slido/lquido o lquido/lquido, lascuales se explican las detalladamente en el cuaderno FIRP S162A.

5.3.4. Mecanismos de heterofloculacin.

Existen varias teoras de mecanismos mediante los cuales podemos tratar deexplicar el fenmeno de heterofloculacin.

Primer Mecanismo :El mecanismo de accin del surfactante en una emulsin asfltica es complejo.Este se puede explicar mediante la repulsin que se produce entre los glbulos de asfaltodispersados, la cual permite el control de los fenmenos de ruptura de la emulsin .

El surfactante se adsorbe en la superficie de las gotas, con la parte lipoflica en elasfalto y el grupo polar en la fase acuosa; los iones disociados permanecen en la faseacuosa en la proximidad de la gota, dando como resultado que, las gotas posean una


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carga superficial y al acercarse dos gotas se produzca una fuerza de repulsinelectrosttica que las mantiene a cierta distancia (figura 28-1).

Por otro lado, al acercarse dos gotas, se drena la pelcula de la fase intergota, elfluido arrastra los iones y por lo tanto se produce un desbalance en la electroneutralidaddel sistema. De esta manera se crea un campo elctrico intenso que retarda la

coalescencia de las gotas y contribuye a la estabilidad de las emulsiones ya que tiende aoponerse al drenaje de la pelcula. Tal proceso se llama electroviscoso (Figura 28-2).

Figura 28. Mecanismos de estabilizacin de una emulsin asfltica .

Cuando se pone en contacto una mezcla asfltica con un material agregado quetiene afinidad con el tipo de emulsin, sta se rompe. El mecanismo de ruptura de laemulsin asfltica por este proceso se indica en la figura 29. En presencia del materialgranulado, el surfactante migra desde la interfase agua/asfalto haca la interfaseagua/slido, adsorbindose sobre el slido (etapas 1 y 2).


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Figura 29. Mecanismo de coalescencia de una emulsinasfltica al contactar un agregado rocoso.

La disminucin de la cantidad de surfactante en la interfase agua/asfalto, produceuna disminucin de la repulsin electrosttica entre las golas dispersadas, comenzandoentonces la coalescencia de las gotas (etapa 3) y la ruptura de la emulsin .

Las molculas de surfactante cubren el slido con su parte polar, permaneciendola parte alquil libre (etapa 4), con lo cual se obtiene una superficie hidrfoba. Lahidrofobacin del slido mejora la adherencia del asfalto sobre la roca (etapa 4) .

Segundo Mecanismo

En estudios realizados en el laboratorio firp, se ha encontrado que la velocidad dedesorcin de surfactante de la interfase de las gotas para adsorberse sobre el slido eslenta (das) si la comparamos con la velocidad de adsorcin del surfactante en la gota(minutos). Adems, la absorcin de las gotas de asfalto sobre el slido es posible si nohay repulsin. Una segunda teora, establece que el rompimiento puede darse debido almovimiento de las gotas. Producto de este movimiento, las gotas pueden ponerse encontacto con la superficie del slido y adsorberse sobre la misma. En este caso, si no hayningn agente externo, el movimiento que impulsa el desplazamiento de las gotas es elmovimiento natural (movimiento browniano), ver figura 30.


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Figura 30. Mecanismo de heterofloculacin debido al movimiento browniano.

Tercer Mecanismo.Un tercer mecanismo de coalescencia de una emulsin asfltica puede ocurrir al

alterar el equilibrio qumico de la emulsin catinica usando aminas como emulsionantes.Recordemos que cuando se utilizan aminas, el pH tiene una influencia muy importante enla ionizacin del surfactante. Si se altera el pH del sistema, el sistema se desequilibrara y

podr ocurrir el fenmeno de ruptura.Se puede incrementar el pH del sistema al introducir un slido o un lcali que

reacciona con el acido de la emulsin. Inmediatamente ocurrir un cambio del equilibrioen el seno del agua que consecuentemente producir un cambio en la ionizacin delsurfactante dispuesto en la interfase (ver figura 31).

+

+

++

+

++

+

+

++

+

+

+

+

+

+

- - - - - - -- - - - - -

++

+

++

+

+

+

+

- - - - - - -- - - - - -+ +

pH = 6pH = 4

Figura 31. Alteracin del equilibrio por adicin de un lcali.

Las aminas son menos hidrofilicas que los amonios cuaternarios. Al haber uncambio en la ionizacin de la amina, hay un cambio en la formulacin (SAD). Lossurfactantes adsorbidos en la interfase gota-agua pierden su ionizacin por lo que larepulsin elctrica entre las gotas de asfalto tambin disminuye. Esto conlleva a ladesestabilizacin de la emulsin, producindose la coalescencia de las gotas de la mismamanera explicada en el primer mecanismo, pues la superficie se hidrofoba debido a laadsorcin del surfactante (ver figura 32).


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+

+

+

+

+

+

+

+

- - - - - --- - - - - -+ +

Figura 32. Adhesin de la gota de asfalto despus de la desequilibracin del sistema.

Cuarto MecanismoEl rompimiento de una emulsin asfltica se puede llevar a cabo por la

evaporacin progresiva de la fase continua. Mientras se evapora el agua de la emulsin,la gotas se van acercando cada vez ms; este acercamiento puede llevarse hasta el punto

en el cual se forme un gel asfltico, es decir, que dependiendo de la fuerza inica deatraccin entre las gotas, este gel puede ser mas o menos denso, ver figura 33.

Figura 33. Formacin de un gel asfltico por evaporacin del agua.

A medida que se evapora el agua, la concentracin de surfactante en la fasecontinua va incrementndose hasta el punto en el cual se forman micelas. Estas micelas,se comportan en el sistema como objetos coloidales. El distanciamiento entre las gotas estan pequeo, que la concentracin de estos coloides en la zona mas estrecha de la pelculaintergota, es inferior debido a efectos estricos, es decir, que se establece un gradiente deconcentracin a lo largo de la pelcula interfacial, ver figura 34.

Figura 34. Gradiente de concentracin y presin en la pelcula interfacial.


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Al establecerse un gradiente de concentracin, se establece por consiguiente ungradiente de presin (presin osmtica), desde el lugar mas cercano entre las gotas(mayor presin) hacia fuera (menor presin). De esta manera, se produce una succincapilar segn la ley de la place desde el punto de menor curvatura de las gotas hacia el demayor curvatura. El resultado ser un mayor aplastamiento de las gotas, ver figura 35.

Figura 35. Aplastamiento de las gotas debido a la succin capilar.

Finalmente, la diferencia de presin tan baja en la zona de menos curvatura de lasgotas, conlleva a que las gotas terminen tocndose entre si formando un gel asfltico maso menos denso y rompindose de esta manera la emulsin asfltica por la expulsin delagua, ver figura 36. Este mecanismo de mayor o menor compresin homottica, dependede la fuerza inica, pues la presin osmtica depende de la naturaleza de las micelas. Elrompimiento de emulsiones asflticas no-inicas se rige principalmente por estemecanismo.

Figura 36. Formacin del gel asfltico en funcin del tiempo por compresin homottica.

5.3.5. Concentracin optima de surfactante para la heterofloculacin.

Cuando una emulsin de asfalto est en presencia de una cantidad suficiente deslido, ella se rompe segn un proceso descrito anteriormente .

Al producir la mezcla de un slido granulado con una emulsin de asfaltoformulada con un tensoactivo catinico, las molculas tensoactivas se distribuyen entrelas superficies de las gotas, la superficie del slido y la fase continua de la emulsindonde ellas se presentan bajo la forma de monmeros y la forma de micela si laconcentracin de equilibrio es superior a la CMC del tensoactivo.


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La adsorcin del surfactante catinico a partir de la fase acuosa sobre la superficiedel slido, hace que sta se torne hidrfoba, cuando se alcanza la monocapa.Dependiendo de la formulacin fisicoqumica y la composicin, particularmente de laconcentracin del surfactante y de la relacin emulsin/slido, la superficie del slido esms o menos hidrfoba y el proceso de heterofloculacin ser ms o menos posible.

En ausencia de auto-coalescencia, la geometra del sistema no vara segn laconcentracin de equilibrio Ce y la cantidad adsorbida en las diferentes interfases, cuatrosituaciones pueden estar presentes. Estas situaciones corresponden a los diferentesdominios de concentracin de los cuales los lmites estn definidos por las propiedadesde las caractersticas de la superficie del slido o de la superficie de las gotas de asfalto.Estas estn esquematizadas en la figura 37.

En la figura 37, es la densidad de tensoactivo adsorbido en el slido o sobre lasgotas de asfalto, Cp 1 es la concentracin de equilibrio (Ce) del tensoactivocorrespondiente al punto isoelctrico, Cp la concentracin de equilibrio correspondienteal inicio de la meseta de la isoterma de adsorcin para el cual es igual a 1 y la CMC laconcentracin micelar critica.

Zona 1: La concentracin de equilibrio es inferior a la concentracin de tensoactivocorrespondiente al punto isoelctrico Cp 1, del slido (por consiguiente muy inferior a laCMC).

Figura 37. Esquematizacin de las isotermas de adsorcin sobre un granulado slidoy asfalto, indicando los diferentes dominios de superficie .


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Para esta concentracin de equilibrio, la superficie del slido est cargadanegativamente, puesto que el pH es superior al punto de carga nulo del mineral, y que lacantidad de tensoactivo adsorbida sobre la superficie es poca para invertir el signo de lacarga superficial. Existe por consiguiente una ligera atraccin electrosttica entre lasuperficie y las gotas que tienden a favorecer la adhesividad de las gotas sobre el slido.

Pero esta atraccin no es preponderante, debido a que solo existen fuerzas de London decarcter muy dbil, por lo tanto, el mineral tiene ms afinidad con el agua que con elasfalto.

En este caso la cantidad de tensoactivo adsorbido es demasiado dbil para cambiar la mojabilidad del slido. Uno puede por consiguiente suponer que el ngulo de contacto( ) con el asfalto es muy superior a 90, suficientemente prximo a 180 para que la gotade asfalto no se adhiera al slido (figura 38).

Figura 38. Interaccin slido/gota de asfalto para Ce < Cpi .

Zona 2: La concentracin est comprendida entre la concentracin correspondiente al punto isoelctrico del slido y la concentracin Cp al inicio de la meseta de la isoterma

de adsorcin sobre el slido, para la cual = 1.En esta concentracin, la cantidad de tensoactivo adsorbida es suficiente parainvertir el ngulo de la carga superficial del mineral, por lo tanto, la carga se convierte en

positiva; esta carga permanecer positiva para las concentraciones de equilibriosuperiores a Cp .

Por consiguiente, en esta zona habr una tendencia desfavorable a laheterofloculacin si se considera solamente la interaccin electrosttica, sin embargo, elgrado de recubrimiento del slido es ms importante que en el caso precedente.

Figura 39. Interaccin slido/gota de asfalto para Cp 1 < Ce < Cp .


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El aumento del recubrimiento hasta lograr =1, implica una mejora de lamojabilidad del slido por el asfalto, que favorece a la adhesividad ms que en la zonaanterior, pero esto no produce un cambio significativo del ngulo de contacto hasta quese est muy cerca de Cp cuando = 1 (figura 39).

Zona 3: Concentracin de equilibrio est comprendida entre Cp y la CMC deltensoactivo. El slido est recubierto de una monocapa de tensoactivo ( = 1). Susuperficie es por consiguiente completamente hidrfoba. El recubrimiento de la gota deasfalto, y por lo tanto su carga superficial aumentan con la concentracin Ce.

En este caso se tienen en juego dos efectos, por un lado, un efecto favorable a laadhesividad del asfalto, que es la hidrofobacin completa del slido ( pequeo); y por otro lado, un efecto desfavorable a la adhesividad constituido por la repulsinelectrosttica (figura 40). La concentracin Ce aumenta lentamente con el recubrimientode las gotas sobre todo el intervalo considerado. Como resultado de esto, la situacin escada vez menos favorable a la adhesividad a medida que Ce aumenta. As, el caso msfavorable a la heterofloculacin corresponde a la cercana de Cp, probablemente un poco

por debajo de Cp.

Figura 40. Interaccin slido/gota de asfalto para Cp < Ce < CMC.

Zona 4: La concentracin de equilibrio es superior a la CMC del tensoactivo, lasuperficie del slido est recubierta de una doble capa de tensoactivo ( = 2) y por lo

tanto, es de nuevo hidroflica y su carga global es positiva (figura 41). La superficie delas gotas de asfalto est recubierta de una monocapa ( = 1), la carga es constante y

positiva.Este es el caso menos favorable a la heterofloculacin porque el slido no es muy

mojable por el asfalto y la repulsin electrosttica entre las gotas de asfalto y el slidoson grandes.


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Figura 41. Interaccin slido/gota de asfalto para Ce > CMC

Para conseguir las condiciones ms favorables a la heterofloculacin de unaemulsin asfltica sobre un granulado slido, es necesario realizar un balance cuantitativode las fuerzas que se ejercen sobre una gota de asfalto cerca de la superficie del slido.Como se expuso anteriormente, estas fuerzas dependen principalmente de la mojabilidaddel slido por el asfalto y de las interacciones electrostticas entre la gota de asfalto y elslido.

La mojabilidad depende de las interacciones ejercidas entre los recubrimientoshidrfobos del tensoactivo y las molculas de asfalto, y estos a su vez dependen de lahidrofobacin del slido por el surfactante adsorbido .

Las interacciones electrostticas provenientes de las cargas superficiales de la gotay el slido (encima del punto isoelctrico), son de repulsin ya que las cargas son

positiv

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