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ALTERNATIVA PARA OBTENCIÓN DE ASFALTOS PG 70-22

A. GUTIERREZ Departamento de Asfaltos de QUIMIKAO, México

AGUTIERREZ@QUIMIKAO.COM.MX

RESUMEN El asfalto es un material muy atractivo para los constructores de pavimentos ya que actúa como un agente ligante que aglutina las partículas en una masa cohesiva, más sin embargo es un material muy susceptible a la temperatura, esto es, a temperaturas por encima de los 60°C el asfalto se comporta como un líquido viscoso y a las temperaturas por debajo de los 0°C el asfalto se comporta como un sólido rígido y entre 0 y 60°C e asfalto se comporta como un sólido visco-elástico, siendo este comportamiento el necesario en un pavimento. El rango de temperaturas en el cual el asfalto presenta un comportamiento visco-elástico recibe el nombre de “Rango de Temperatura Útil” ó también conocido como “Grado de comportamiento del asfalto (Grado PG)”. Para incrementar el Rango de Temperatura Útil ó Grado PG del asfalto, se han utilizado diferentes polímeros de altos pesos moleculares, la cantidad que se adiciona de estos polímeros en el asfalto esta en función de que tanto se quiera incrementar el grado PG, entre más grande sea el Rango de Temperatura Útil mayor será la cantidad de polímero que se adicione. Los polímeros que actualmente se utilizan para incrementar el Grado PG del asfalto son muy eficientes pero requieren de altas temperaturas para lograr buena modificación del asfalto proporcionándole al mismo una alta viscosidad que dificulta el proceso de mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas. En este estudio se presenta un nuevo polímero de bajo peso molecular que aumenta el Grado PG del asfalto hasta 70°C presentando la ventaja que se dispersa fácilmente en el asfalto a la temperatura de 150°C y que además disminuye la viscosidad del mismo durante el proceso de mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas dejando de calentar menos el asfalto generando una disminución de combustible y una reducción de emisiones a la atmósfera contribuyendo sustancialmente al cuidado del medio ambiente además de oxidar menos el asfalto.

1. INTRODUCCIÓN

El concreto asfáltico, algunas veces llamado “mezcla asfáltica en caliente”, es un material de pavimentación compuesto de un ligante asfáltico y un agregado mineral. El asfalto actúa como un agente ligante que aglutina las partículas en una masa cohesiva. Al ser impermeable al agua, el asfalto también impermeabiliza la mezcla. El agregado mineral, ligado por el material asfáltico, actúa como un esqueleto pétreo que aporta resistencia y rigidez al sistema. El asfalto resulta un material de construcción muy atractivo y estimulante con el cual trabajar y una de sus importantes características es su susceptibilidad térmica, es decir, sus propiedades dependen de la temperatura presentando un comportamiento de un sólido elástico a bajas temperaturas (menores a 0°C), un comportamiento visco-elástico a temperaturas intermedias (entre 0 y 58°C) y un comportamiento de un líquido viscoso a altas temperaturas (mayores de 58°C). Otra característica importante del asfalto es que al estar compuesto por moléculas orgánicas,

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esta reaccionan con el oxígeno del medio ambiente cambiando sus propiedades, es decir, después de reaccionar con el oxígeno el asfalto se comporta como un sólido elástico hasta temperaturas menos bajas (mayores de 0°C) porque su estructura se hace más dura y frágil y da origen al término “endurecimiento por oxidación”. Para que el asfalto pueda aglutinar las partículas de agregado en una masa cohesiva es necesario que tenga un comportamiento como un material visco-elástico, porque cuando se comporta como un sólido elástico al ser cargado por el trafico este puede romperse y se originan grietas en el pavimento y cuando se comporta como un líquido viscoso al ser cargado por el tráfico este se deforma no regresando a su forma original generando roderas sobre el pavimento, por lo tanto el comportamiento útil del asfalto esta limitado a un comportamiento visco-elástico en un determinado rango de temperatura, entre más amplio sea este rango el asfalto tendrá más calidad, la siguiente figura uno, muestra este rango de temperatura útil del asfalto UTI (Useful Temperature Interval).

Figura 1 – Rango de temperatura útil del asfalto debido al comportamiento visco-elástico del asfalto.

Para poder determinar el rango de temperatura útil del asfalto (UTI), es decir, el rango en el que el asfalto se comporta como un material visco-elástico fueron creadas un conjunto de especificaciones y ensayos por el sistema SUPERPAVE (Superior Performing Asphalt Pavement). La singularidad de este sistema para ligantes asfálticos reside en que es una especificación basada en el comportamiento (performance) del mismo. Especifica asfaltos en base en base al clima y en la temperatura prevista en el pavimento, considera las cargas que soportará el pavimento y también considera la oxidación del asfalto, por lo que todo asfalto tendrá un grado de comportamiento PG (Perfromance grade). Por ejemplo, si un asfalto tiene un grado de comportamiento PG de 64 –22, significa que el asfalto poseerá propiedades físicas adecuadas al menos hasta los 64°C (alta temperatura correspondiente al clima en el que el asfalto estará en servicio) y también significa que el asfalto poseerá propiedades físicas adecuadas hasta al menos los –22°C, consideraciones adicionales se dan sobre el tiempo de carga (carreteras, calles urbanas, intersecciones, etc..) , la magnitud de la carga (camiones pesados) y la oxidación del asfalto. En cuanto mayor sea el grado de temperatura útil de un asfalto (mayor valor absoluto de la suma de los valores de alta y baja temperatura de grado PG) mayor calidad tendrá el asfalto, la mayoría de los investigadores opina que un valor igual o mayor de 90 es considerado ya como un asfalto de buena calidad, es decir, un asfalto con un grado PG de 70 –22 (suma de valores absolutos igual a 90) será un asfalto de buena calidad.

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Tomemos como ejemplo que tenemos un asfalto “A” y queremos conocer que grado de comportamiento tiene, para ello a este asfalto se le analizan las propiedades mostradas en la tabla 1.

Propiedad del Asfalto “A” Condición de envejecimiento

Resultado Requisito

Punto de inflamación Sin envejecimiento 293°C 230°C, mín.

Viscosidad a 135°C Sin envejecimiento 0.3 Pa s 3 KPa, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase.

G* / sen a 64°C

Sin envejecimiento 1.31 KPa 1.00 KPa, mín.

Pérdida de masa RTFO 0.32% 1.00%, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase

G* / sen a 64°C

RTFO 2.63 KPa 2.20 KPa, mín.

Módulo de corte dinámico por ángulo de fase

G* x sen a 22°C

PAV 4,517 KPa 5000 Kpa, máx.

Rigidez en creep “S” a –18°C PAV 274 MPa 300 Mpa, máx

Valor m a –18°C PAV 0.346 0.300, mín.

Tabla 1 – Propiedades reológicas del asfalto “A”

Considerando el ejemplo del asfalto “A” y los resultados de la evaluación de sus propiedades reológicas de la tabla 1, podemos decir que este asfalto en cuestión satisface los requisitos de la clasificación PG 64 –28. La tabla 2 muestra una parte de la especificación para clasificar el grado PG del asfalto, esta especificación es la AASHTO M320 “Performance-Graded Asphalt Binder ”, La zona ligeramente sombreada corresponde a los requisitos comunes a todos los PG 64. La zona densamente sombreada corresponde a los requisitos para intermedias y bajas temperaturas que son exclusivos de PG 64 –28.

Grado de comportamiento

PG 58 PG 64 PG 70 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34

Máx. Temp. de diseño del pavimento (promedio de 7 días), °C

< 58 < 64 < 70

Mín. Temp.. de diseño del pavimento, °C

>-16 >-22 >-28 >-34 >-40 >-10 >-16 >-22 >-28 >-34 >-10 >-16 >-22 >-28 >-34

A S F A L T O O R I G I N A L

Punto de inflamación, T48; mín., °C

230

Viscosidad ASTM D 4402; Máx., 3 Pa s. Temp.. de ensayo, °C

135

Corte Dinámico, T315;

G* / sen , mín., 1.00 Kpa Temp. de Ensayo °C

58

64

70

RESIDUO DE RTFO (T 240)

Pérdida de masa, máx., % 1.0

Corte Dinámico, T315;

G* / sen , mín., 2.20 Kpa Temp. de Ensayo °C

58

64

70

RESIDUO DE PAV (R 28)

Temperatura del PAV, °C 100 100 100 (110)

Corte Dinámico, T315;

G* x sen , máx., 5,000 Kpa Temp. de Ensayo °C

25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 34 31 28 25 22

Rigidez en Creep, T313; S, máx., 300 Mpa Valor –m, mín., 0.300 Temp.. de Ensayo °C

-6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -6 -12 -18 -24 -6

Tabla 2 – Parte de las especificaciones de la norma AASHTO M320 para clasificar un asfalto según su grado de comportamiento “PG”

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El asfalto “A” que tomamos como ejemplo con un PG 64 –28, por definición, también clasifica como PG 64 –22 y PG 64 –16. Los asfaltos PG 64 (de hecho, todos los grados

asfaltos) comparten las mismas exigencias con respecto al valor G* / sen (parámetro para el control de roderas) para el asfalto sin envejecer y para el asfalto envejecido en

RTFO. Es decir, para todos ellos G* / sen debe ser como mínimo 1.0 KPa para el material sin envejecer y como mínimo 2.20 KPa para el material envejecido en RTFO. Las propiedades a bajas temperaturas medidas en materiales envejecidos en RTFO y PAV, son lo que distingue a los asfaltos del grado PG 64. El asfalto “A” tiene una rigidez en Creep “S” de 274 MPa a una temperatura de –18°C, lo que lo hace clasificar como un asfalto PG 64 –28, si este valor hubiera sido mayor de 300 no hubiera podido entrar en esta clasificación y se tendría que hacer esta prueba a la temperatura de –12°C y si la rigidez en Creep hubiera sido menor a 300 entonces sería un asfalto PG 64 –22.

También en este ejemplo del asfalto “A” que tiene un valor de G* x sen de 4,517 KPa a 22°C y es lo que lo hace clasificar como un asfalto grado PG 62 –28, si este valor hubiera sido mayor a 5,000 KPa entonces no habría podido entrar en esta clasificación y se

tendría que hacer esta prueba a la temperatura de 25°C y si el valor de G* x sen hubiera sido menor a 5,000 KPa entonces sería un asfalto PG 64 –22. Como podemos observar para poder determinar el grado de comportamiento del asfalto es necesario seguir estrictamente la norma AASHTO M320 y así poder saber como se comportará el asfalto tanto a bajas como altas temperaturas. En México tenemos nuestra propia especificación para clasificar un asfalto según su grado de comportamiento “Requisitos de Calidad para Cementos Asfálticos Grado PG N –CMT-4-05-004/08” y prácticamente son las mismas especificaciones que la norma AASHTO M320, aunque en algunas construcciones de pavimentos asfálticos solamente se exige el grado PG de alta temperatura o también se pide que el asfalto cumpla con la norma N –CMT-4-05-004/08 y además se cumpla con la norma N-CMT-4-05-002/06 que es para asfaltos modificados con polímeros generando una gran confusión para la fabricación del asfalto. En este estudio se propone un nuevo aditivo para incrementar el grado PG del asfalto tanto a altas como bajas temperaturas que se incorpora fácilmente en el asfalto reduciendo la viscosidad del mismo a las temperaturas entre 110 y 160°C facilitando el mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas, los polímeros que actualmente se están utilizando para aumentar el grado PG del asfalto lo hace con bastante eficiencia pero aumentan la viscosidad del asfalto a las temperaturas entre 100 y 160°C dificultando el manejo de las mismas, además requieren de mucho tiempo en el asfalto a altas temperaturas para poder dispersarse en el mismo.

2. PROCEDIEMEINTO EXPERIMENTAL

En todo el estudio utilizamos asfalto AC-20 de la refinería de Salamanca para evaluar el efecto de que el aditivo incrementa el grado PG del asfalto tanto a temperaturas bajas como altas. Para ello se tomaron más de 100 muestras de esta refinería para obtener una muestra promedio con la que se trabajó en todo el estudio. El programa experimental comienza mostrando el grado PG del asfalto AC-20 de Salamanca de la muestra promedio. Después a este asfalto se le adicionaron los polímeros que se están utilizando en el mercado así como el aditivo desarrollado en este estudio para obtener un asfalto PG 70 y se comparan las propiedades de estos asfaltos modificados. Después se modifica este asfalto pero ahora para obtener un PG de 70 –22 utilizando los polímeros comerciales y el aditivo propuesto.

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Se utilizaron las especificaciones para clasificar un asfalto de acuerdo a su comportamiento “Performance-Graded Asphalt Binder AASHTO M320”, donde el

ahuellamiento ó deformación permanente es gobernada limitando “ G* / sen “ a un valor no menor de 1.00 KPa para el asfalto original y de 2.20 KPa para después de la prueba de oxidación RTFO de acuerdo al método AASHTO T-315. Para mostrar que el asfalto a bajas temperaturas puede hacerse frágil, el reómetro de viga a flexión BBR fue usado de acuerdo a la especificación AASHTO M320. El método de prueba se vale de la teoría de vigas para medir la rigidez de una pequeña viga de asfalto simplemente apoyada bajo carga de creep. Se aplica una carga constante a la viga de asfalto y se mide la deflexión en el centro de la viga después de haber sido cargada por 4 minutos y entonces se calcula la rigidez a la fluencia (creep stiffness “s”) y la variación de la rigidez del asfalto al aplicar las cargas “m”. Para mostrar que el asfalto reacciona con el oxígeno se utilizó la especificación AASHTO M320 utilizando el horno de la película delgada rotatoria “RTFO” y el horno de envejecimiento a presión “PAV” . Para mostrar que entre el asfalto y el agregado existe una alta tensión interfacial se utilizó la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en las Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000). El aditivo propuesto en este estudio fue adicionado al asfalto utilizando las dosis de 1.5% respecto a este para obtener un PG 70 y 5.0% para obtener un PG 70 -22. El asfalto tenía una temperatura de 150°C y el tiempo de dispersión en el mismo fue de 30 minutos, los asfaltos modificados con los polímeros que se están utilizando en el mercado fueron obtenidos de muestras de plantas que hacen asfalto modificado.

3. RESULTADOS Y COMENTARIOS

3.1. Grado de comportamiento del asfalto AC-20 de Salamanca. Después de analizar más de 100 muestras de asfalto AC-20 de la refinería de Salamanca tomadas durante el año de 2010, se obtuvo una muestra promedio y los resultados de sus propiedades reológicas son mostrados en la tabla 3.

Propiedades reológicas del Asfalto AC-20 de Salamanca

Condición de envejecimiento

Resultado Requisito

Punto de inflamación Sin envejecimiento 285°C 230°C, mín.

Viscosidad a 135°C Sin envejecimiento 0.445 Pa s 3 KPa, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase.

G* / sen a 64°C

Sin envejecimiento 1.414 KPa 1.00 KPa, mín.

Pérdida de masa RTFO 1.32% 1.00%, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase

G* / sen a 64°C

RTFO 6.152 KPa 2.20 KPa, mín.

Módulo de corte dinámico por ángulo de fase

G* x sen a 28°C

PAV 4,892 KPa 5000 Kpa, máx.

Rigidez en creep “S” a –6°C PAV 282 MPa 300 Mpa, máx

Valor m a –6°C PAV 0.351 0.300, mín.

Tabla 3 – resultados de la evaluación del grado de comportamiento del asfalto AC-20 de Salamanca (muestra promedio), el grado PG es de 64 –16.

En base a los resultados mostrados en la tabla 3, la muestra promedio del asfalto AC-20 de Salamanca mostró un grado PG de 64 –16, conforme a la especificación de la norma AASHTO M320 “Performance-Graded Asphalt Binder” y la norma N –CMT-4-05-004/08

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”Requisitos de Calidad para Cementos Asfálticos Grado PG” de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Tal como podemos observar, el grado PG promedio del asfalto AC-20 de la refinería de Salamanca queda limitado a –16°C en el rango de baja temperatura y la propia SCT en la norma N –CMT-4-05-004/08 recomienda para todo el país de México un asfalto grado PG de –22°C en el rango de baja temperatura y para la alta un grado PG de 64, 70 y 76°C dependiendo del estado de la republica mexicana donde se aplique el pavimento. Debido a esto, es más complicado incrementar el grado de comportamiento el asfalto AC-20 de la refinería de Salamanca que otro asfalto de otro país y si queremos obtener un asfalto grado PG70–22 partiendo de este asfalto debemos utilizar altas dosis de polímeros elastoméricos para modificar el grado PG de –16 a –22°C. 3.2. Obtención de un asfalto grado PG 70 a partir del asfalto AC-20 de Salamanca. Debido a que en México algunos pavimentos asfálticos son construidos con asfalto PG 70 sin importar el grado de baja temperatura, se desarrollo una formulación con el aditivo propuesto en este estudio para obtener este asfalto PG 70 y se compara con otras formulaciones utilizando los polímeros que se están utilizando en el mercado, los resultados son mostrados en la siguiente tabla 4.

Propiedades reológicas del Asfalto modificado

1.4% del aditivo propuesto en este

estudio.

1.4% de polímero elastomérico

0.5% de polímero plastomérico y

0.2% de catalizador

Requisito

Punto de inflamación 285 285 285 230°C, mín.

Viscosidad a 135°C 0.351 0.584 0.605 3 KPa, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase.

G* / sen a 70°C

1.211 1.359 1.350 1.00 KPa, mín.

Pérdida de masa 1.3 1.2 1.3 1.00%, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase

G* / sen a 70°C

4.040 4.924 5.840 2.20 KPa, mín.

Módulo de corte dinámico por ángulo de fase

G* x sen a 31°C

3002 3235 3922 5000 Kpa, máx.

Valor m a –6°C 0.342 0.364 0.339 0.300, mín.

Tabla 4 – Resultados de la evaluación del grado de comportamiento del asfalto AC-20 más la adición de 1.4% del aditivo propuesto en este estudio, del AC-20 más 1.4% de polímero elastomérico y del AC-20 más 0.5% de polímero plastomérico y 0.2% de catalizador.

En base a los resultados en la tabla 4 podemos decir que utilizando el 1.4% (respecto al asfalto) del aditivo propuesto en este estudio fue posible obtener un asfalto grado PG 70–16 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16. También utilizando 1.4% (respecto al asfalto) del polímero elastomérico fue posible obtener un asfalto grado PG 70–16 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16. También utilizando 0.5% (respecto al asfalto) del polímero plastomérico fue posible obtener un asfalto grado PG 70–16 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16. Una de las principales ventajas de utilizar el aditivo propuesto en este estudio respecto a utilizar los polímeros que se utilizan en el mercado para obtener un asfalto PG 70, es la reducción de la viscosidad del asfalto a las temperaturas entre 100 y 150°C, lo cual facilita el mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas. En la figura 2 podemos observar esta diferencia de viscosidades entre los asfaltos modificados con los polímeros que hay en el mercado y el aditivo propuesto en este estudio.

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Figura 2 – Carta equiviscosidad para la determinación de las temperaturas de mezclado y compactación en la fabricación en el laboratorio de las mezclas utilizando asfalto AC-20 de Salamanca con y sin polímeros.

De la gráfica de la figura 2 se determinaron las temperaturas de mezclado y compactación para elaborar los especimenes del diseño Marshall para encontrar el contenido optimo de asfalto. Estas temperaturas de mezclado y compactación se muestran en la tabla 5.

Tabla 5 – Temperaturas de mezclado y compactación para la fabricación de los especimenes del diseño Marshall.

Los resultados del diseño Marshall son mostrados en la figura 3, donde podemos apreciar que el contenido optimo de asfalto es de 5.2% ya que con esta cantidad logramos el 4.0% de vacíos en la mezcla; este contenido de vacíos fue logrado con la mezcla elaborada con asfalto AC-20 compactándola entre 142 y 147°C, también fue logrado con la mezcla elaborada con asfalto AC-20 más 1.4% del aditivo propuesto en este estudio compactándola entre 138 y 144°C, y también fue logrado con la mezcla elaborada con asfalto AC-20 más 0.5% de polímero plastomérico y 0.2% de catalizador compactándola entre 150 y 155°C. La ventaja de utilizar menos temperatura en la fabricación y compactación de las mezclas asfálticas debida al uso del aditivo propuesto en este

CARTA DE VISCOSIDAD

0.1

1

130 140 150 160 170

Temperatura (°C)

Vis

co

sid

ad

(P

a *

s)

Polímero plastomérico

Polímero elastomérico

Aditivo propuesto

en este estudio

AC-20 Salamanca

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estudio es muy importante, ya que calentamos menos asfalto reduciendo la oxidación del mismo incrementando su vida útil en la carretera, además de que al necesitar menos cantidad de energía dejamos de emitir Dióxido de Carbono a la atmósfera contribuyendo al cuidado del medio ambiente.

Figura 3 – Determinación del contenido optimo de asfalto utilizando el diseño Marshall.

Para mostrar que el asfalto a bajas temperaturas puede hacerse frágil, se utilizó el reómetro de viga a flexión BBR de acuerdo a la especificación AASHTO M320. El método de prueba se vale de la teoría de vigas para medir la rigidez de una pequeña viga de asfalto simplemente apoyada bajo carga de creep. Se aplica una carga constante a la viga de asfalto y se mide la deflexión en el centro de la viga después de haber sido cargada por 4 minutos y entonces se calcula la rigidez a la fluencia (creep stiffness “s”) y la variación de la rigidez del asfalto al aplicar las cargas “m”. Este valor m debe de ser mínimo 0.3, en la figura 4 podemos apreciar como la temperatura de –10°C el asfalto con el aditivo propuesto en este estudio presenta menor variación de rigidez que el asfalto con el plastómero.

Figura 4 – Variación de la rigidez del asfalto con y sin aditivos a la temperatura de -10°C

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Para mostrar que entre el asfalto y el agregado existe una alta tensión interfacial se utilizó la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en las Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000). La siguiente figura 5 muestra que el asfalto con el aditivo propuesto en este estudio resuelve el problema de desprendimiento del asfalto del agregado por acción del agua, mientras que el asfalto con el polímero plastomérico no resuelve este problema.

Figura 5 – Resultados la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en las Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000) utilizando

asfalto AC-20 de Salamanca con y sin aditivos.

3.2. Obtención de un asfalto grado PG 70 -22 a partir del asfalto AC-20 de Salamanca. El grado PG promedio del asfalto AC-20 de Salamanca queda limitado a –16°C en el rango de baja temperatura, por lo que resulta complicado incrementar el grado PG hasta -22°C debiendo utilizar altas dosis de polímeros elastoméricos siendo prácticamente imposible utilizando polímeros plastoméricos. Utilizando el aditivo propuesto en este estudio, es posible obtener un asfalto PG 70 –22 partiendo del asfalto AC-20 de Salamanca de PG 64 –16. La tabla 6 muestra los resultados de la evaluación reológica utilizando la norma AASHTO M320.

0 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008 “Asfalto AC-20 de Salamanca”

10 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008 “Asfalto AC-20 de Salamanca más 0.5% de plastómero”.

100 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008 “Asfalto AC-20 de Salamanca más 1.4% del aditivo propuesto”.

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Propiedades reológicas del Asfalto modificado

5.0% del aditivo propuesto en este

estudio.

3.0% de polímero elastomérico

Requisito

Punto de inflamación 285 285 230°C, mín.

Viscosidad a 135°C 0.152 2.541 3 KPa, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase.

G* / sen a 70°C

1.797 2.292 1.00 KPa, mín.

Pérdida de masa 1.3 1.2 1.00%, máx.

Módulo de corte dinámico entre ángulo de fase

G* / sen a 70°C

3.272 9.417 2.20 KPa, mín.

Módulo de corte dinámico por ángulo de fase

G* x sen a 31°C

1495 4554 5000 Kpa, máx.

Valor m a –12°C 0.322 0.336 0.300, mín.

Tabla 6 – Resultados de la evaluación del grado de comportamiento del asfalto AC-20 más la adición de 5.0% del aditivo propuesto en

este estudio, AC-20 más 3.0% de polímero elastomérico.

En base a los resultados en la tabla 6 podemos decir que utilizando el 5.0% (respecto al asfalto) del aditivo propuesto en este estudio fue posible obtener un asfalto grado PG 70 –22 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16. También utilizando 3.0% (respecto al asfalto) del polímero elastomérico fue posible obtener un asfalto grado PG 70 –22 partiendo de un asfalto AC-20 de Salamanca PG 64 –16. Una de las principales ventajas de utilizar el aditivo propuesto en este estudio respecto a utilizar los polímeros elastoméricos para obtener un asfalto PG 70 -22, es la gran reducción de la viscosidad del asfalto a las temperaturas entre 120 y 150°C, lo cual facilita el mezclado, colocación y compactación de las mezclas asfálticas. En la figura 6 podemos observar esta gran diferencia de viscosidades entre el asfalto modificado con el polímero elastomérico que hay en el mercado y el aditivo propuesto en este estudio.

Figura 6 – Viscosidad a altas temperaturas del asfalto AC-20 más 5.0% del aditivo propuesto en este estudio y del

asfalto AC-20 más 3.0% de polímero elastomérico.

0

1

2

3

4

5

6

7

120 125 130 135 140 145 150 155 160

Temperatura °C

Vis

co

sid

ad

P

a s

AC-20 más 3.0% deElastómero

AC-20 más 5.0% deaditivo propuesto

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De la gráfica de la figura 6 se determinaron las temperaturas de mezclado y compactación para elaborar los especimenes del diseño Marshall para encontrar el contenido optimo de asfalto. Estas temperaturas de mezclado y compactación se muestran en la tabla 7.

Tabla 7 – Temperaturas de mezclado y compactación para la fabricación de los especimenes del diseño Marshall

Los resultados del diseño Marshall mostraron que el contenido optimo de asfalto es de 5.2% ya que con esta cantidad logramos el 4.0% de vacíos en la mezcla; este contenido de vacíos fue logrado con asfalto AC-20 más 5.0% del aditivo propuesto en este estudio compactándola entre 115 y 125°C, y también fue logrado con la mezcla elaborada con asfalto AC-20 más 3.0% de polímero elastomérico compactándola entre 155 y 165°C. La reducción de la temperatura de compactación entre el asfalto con el 5.0% del aditivo propuesto en este estudio y el asfalto con 3.0% de elastómero fue de aproximadamente 40°C. Esta ventaja de utilizar menos temperatura en la fabricación y compactación de las mezclas asfálticas debida al uso del aditivo propuesto en este estudio es muy importante, ya que calentamos menos asfalto reduciendo la oxidación del mismo incrementando su vida útil en la carretera, además de que al necesitar menos cantidad de energía dejamos de emitir Dióxido de Carbono a la atmósfera contribuyendo al cuidado del medio ambiente. La siguiente figura 7 muestra que el asfalto con el 5.0% del aditivo propuesto en este estudio resuelve el problema de desprendimiento del asfalto del agregado por acción del agua, mientras que el asfalto con el 3.0% del polímero elastomérico no resuelve este problema basándonos en los resultados de la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos en las Mezclas Asfálticas por acción del agua (recomendación AMAAC RA 07/2000).

Figura 7 - Resultados la prueba de la Resistencia al desprendimiento del Asfalto de los Materiales Pétreos por acción del agua.

30 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008 Asfalto AC-20 de Salamanca más 3.0% de elastómero.

100 % de cubrimiento después de la prueba RA 07/2008 Asfalto AC-20 de Salamanca más 5.0% del aditivo propuesto

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Conclusiones: El aditivo desarrollado en este estudio en una nueva alternativa para incrementar el grado PG del asfalto cumpliendo con la norma AASHTO M320 “Performance-Graded Asphalt Binder” y la norma mexicana de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes N –CMT-4-05-004/08 “Requisitos de Calidad para Cementos Asfálticos Grado PG”. Es posible incrementar el grado PG del asfalto AC-20 de Salamanca que presenta en promedio un grado PG de 64 –16, a un grado PG de 70 –16 mediante la adición del 1.4% del aditivo desarrollado en este estudio (tabla 4). Con la adición del 1.4% del aditivo desarrollado en este estudio al asfalto AC-20 de Salamanca además de obtener un grado PG de 70 –16, se obtienen las siguientes ventajas:

La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 151 y 158°C (figura 2 y tabla 5).

La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 138 y 144°C (figura 2 y tabla 5).

El aditivo se adiciona y dispersa fácil y rápidamente en el asfalto a una temperatura de 150°C por un tiempo entre 30 y 45 minutos.

Al requerir menos cantidad de energía para calentar el asfalto que cuando se utilizan los polímeros que hay en el mercado para aumentar el grado PG, se dejan de emitir menores cantidades de Dióxido de Carbono contribuyendo al cuidado del medio ambiente además de un ahorro económico por el uso de menos cantidad de combustible quemado.

La mezcla asfáltica es resistente a los daños causados por el agua (figura 5). Es posible incrementar el grado PG del asfalto AC-20 de Salamanca que presenta en promedio un grado PG de 64 –16, a un grado PG de 70 –22 mediante la adición del 5.0% del aditivo desarrollado en este estudio (tabla 6). Con la adición del 5.0% del aditivo desarrollado en este estudio al asfalto AC-20 de Salamanca además de obtener un grado PG de 70 –22, se obtienen las siguientes ventajas:

La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 130 y 140°C (tabla 7).

La mezcla asfáltica puede ser mezclada a temperaturas entre 115 y 125°C (tabla 7).

El aditivo se adiciona y dispersa fácil y rápidamente en el asfalto a una temperatura de 150°C por un tiempo entre 30 y 45 minutos.

Al requerir menos cantidad de energía para calentar el asfalto que cuando se utilizan los polímeros que hay en el mercado para aumentar el grado PG, se dejan de emitir menores cantidades de Dióxido de Carbono contribuyendo al cuidado del medio ambiente además de un ahorro económico por el uso de menos cantidad de combustible quemado.

La mezcla asfáltica es resistente a los daños causados por el agua (figura 7).