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Emulsiones Asfálticas
PARTE IV EMULSIONES ASFÁLTICAS
Tutor: Gioconda G. de Celis
Tesista: Yucely Albornoz
Marzo 2014
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Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Emulsiones Asfálticas
Universidad De Los Andes 141
PARTE IV EMULSIONES ASFÁLTICAS
4.1. INTRODUCCIÓN
Desde el punto de vista físico–químico, se definen las emulsiones asfálticas, como una
dispersión fina más o menos estabilizada de un líquido en otro, no miscibles entre sí.
Una emulsión asfáltica está compuesta de tres ingredientes básicos: asfalto, agua y un
agente emulsificante. En algunos casos el agente emulsificante puede contener un
estabilizador.
4.2. INGREDIENTES DE LA EMULSIÓN
���� ASFALTO: el cemento asfáltico es el ingrediente básico de una emulsión, y en la
mayoría de casos, constituye el 55 al 70 por ciento de la misma.
���� AGUA: ella humedece y disuelve; se adhiere a las demás sustancias, y modera las
reacciones químicas.
���� AGENTES EMULSIFICANTES: las propiedades de una emulsión asfáltica dependen
principalmente de la química usada como emulsificante, esa química es llamada
Surfactante, lo que determina que la emulsión sea clasificada como Aniónica, Catiónica
ó No iónica.
Los emulsificantes son agentes tenso-activos o surfactantes provenientes de los
jabones, arcillas o resinas, y son productos patentados.
Existen dos tipos de emulsiones según la concentración de cada una de esas fases: una
emulsión directa y otra inversa (véase figura N°1).
���� Emulsión directa: dónde la fase asfalto está dispersa en la fase acuosa. (más agua que
asfalto).
���� Emulsión inversa: donde la fase acuosa está dispersa en la parte asfalto (más asfalto
que agua).
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Figura N°1. Esquema de Emulsión Directa y Emulsión Inversa
Por razones de simetría en la acción capilar, los glóbulos de asfalto de la emulsión son
de forma esférica.
Es preferible el empleo de las emulsiones directas por su baja viscosidad a temperatura
ambiente. El tamaño promedio del glóbulo del asfalto es de 1 a 10 micras, tan pequeño que
hace aumentar la superficie de contacto del asfalto. Esto favorece el mojado, repartición y
cohesión con el material pétreo (véase figura N°2).
Figura N° 2. Glóbulos de Asfalto en la Emulsión
Una característica importante de las emulsiones es que se preparan con una carga
dieléctrica de signo contrario a la del agregado con que serán mezclados; así se pueden
clasificar en: ácidas o catiónicas (+), alcalinas o aniónicas (-) y No-iónicas. Esta clasificación
está basada en una de las leyes básicas de la electricidad.
Betún fase dispersa
Agua fase continua Emulsión Directa
Emulsión Inversa Betún fase continua
Agua fase dispersa
Parte Apolar
GLÓBULO DE
ASFALTO
Parte Polar
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Universidad De Los Andes 143
En la práctica, las emulsiones más utilizadas para la construcción y mantenimiento de
carreteras son las Aniónicas y las Catiónicas como se muestra en la figura N° 3.
4.3. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A LA VELOCIDAD CON QUE SE ROMPEN LAS
EMULSIONES (SEPARACIÓN DE AGUA DEL ASFALTO)
4.3.1. Emulsiones de Rotura rápida (RS) ó (RR): poca facilidad para mezclarse con un
agregado.
4.3.2. Emulsiones de Rotura Media (MS) ó (RM): permite mezclarla con un agregado
grueso.
4.3.3. Emulsiones de Rotura Lenta (SS) ó (RL): permite mezclarla con un agregado fino.
En las tablas N° 1 y 2, se describen las especificaciones según la Norma venezolana
COVENIN para las emulsiones Catiónicas y Aniónicas.
Emulsión Catiónica Emulsión Aniónica
Figura N° 3. Esquema de un Glóbulo que forma una emulsión Aniónica y una Catiónica.
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Tabla N° 1. Especificación COVENIN 1442, para Emulsiones Asfálticas Aniónicas.
ENSAYOS
TIPO MÉTODO DE
ENSAYO Rotura Rápida Rotura Media Rotura Lenta
RS-1 RS-2 MS-1 MS-2 MS-2h SS-1 SS-1h
En Emulsión: Viscosidad Saybolt-Furol a 25°C, s
20-100 - 20-100 100 100 20-100 20-100 COVENIN 1017
Viscosidad Saybolt-Furol a 50°C, s - 74-400 - - - - - COVENIN 1017
Sedimentación, 5 días (%) -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 COVENIN 1017
Demulsibilidad, (%) (35ml. 0.02 NCaCl2)
60 + 60 + - - - - - COVENIN 1017
Mezclado con cemento, (%) - - - - - -2,0 -2,0 COVENIN 1017
Tamizado, (retenido en el tamiz N°20), (%)
-0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 -0,10 COVENIN 1017
Residuo de Destilación, (%) 55+ 63+ 55+ 65+ 65+ 57+ 57+ COVENIN 1017
Sobre Residuo de Destilación: Penetración, 25°C, 100 g, 5s.
100-200 100-200 100-200 100-200 40-90 100-200 40-90 COVENIN 1105
Ductibilidad a 25°C, (cm) 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ COVENIN 1123
Solubilidad en CCL, (%) 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ COVENIN 1161
(Fuente: “Norma Venezolana COVENIN, 1383)
Tabla N° 2. Especificación COVENIN 1383, para Emulsiones Asfálticas Catiónicas.
ENSAYOS
TIPO MÉTODO DE
ENSAYO Rotura Rápida Rotura Media Rotura Lenta
CRS-1 CES-2 CMS-2 CMS-2h SS-1 SS-1h
En Emulsión: Viscosidad Saybolt-Furol a 25°C, s
- - - - 20-100 20-100 COVENIN 1017
Viscosidad Saybolt-Furol a 50°C, s 20-100 100-400 50-400 50-450 - - COVENIN 1017
Sedimentación, 5 días (%) -5 -5 -5 -5 -5 -5 COVENIN 1017
Demulsibilidad, (%) (35ml. 0.02 NCaCl2)
40 + 40 + - - - - COVENIN 1017
Cubrimiento y resistencia del Agua Cubrimiento: Agregado Seco - - Buena Buena - -
COVENIN 1017
Cubrimiento: Después del Riego - - Regular Regular - - COVENIN 1017
Cubrimiento: Agregado Húmedo - - Regular Regular - - COVENIN 1017
Carga de Partícula Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo COVENIN 1017
Tamizado (retenido en el tamiz N°20) (%)
0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 COVENIN 1017
Mezclado con cemento, (%) - - - - -2,0 -2,0 COVENIN 1017
Destilación Aceite Destilado por volumen, Total de emulsión (%) -3 -3 -12 -12 - -
COVENIN 1017
Residuo, (%) 60+ 65+ 65+ 65+ 57+ 57+ COVENIN 1017
Sobre Residuo de Destilación Penetración, 25°C, 100 g, 5s.
100-250 100-250 100-250 40-90 100-250 40-90 COVENIN 1105
Ductibilidad a 25°C, (cm) 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ 40+ COVENIN 1123
Solubilidad en CCL, (%) 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ 97,5+ COVENIN 1161
(Fuente: “Norma Venezolana COVENIN, 1383)
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Universidad De Los Andes 145
La ASTM y AASHTO han desarrollado especificaciones normalizadas para los grados de
emulsión como se muestra en la tabla N° 3:
TABLA N° 3, ESPECIFICACIONES ASTM Y AASHTO
EMULSIONES ANIÓNICAS O NO-IÓNICAS
(ASTM D977, AASHO M140)
EMULSIONES CATIÓNICAS (ASTM D2397, AASHO M208)
RS-1 CRS-1
RS-2 CRS-2
MS-1 -
MS-2 CMS-2
MS-2h CMS-2h
HFMS-1 -
HFMS-2 -
HFMS-2h -
SS-1 CSS-1
SS-1h CSS-1h
(Fuente: “Manual Básico de Emulsiones Asfálticas, serie N°19, ASPHALT INSTITUTE, pág. 6)
Las emulsiones se identifican con una serie de números y letras que aluden a la
viscosidad de las emulsiones y a la consistencia de la base de cemento asfáltico.
La letra “C”, encabezando el tipo de emulsión, identifica a una emulsión catiónica, su
ausencia identifica a las emulsiones aniónicas, esto según las especificaciones de ASTM Y
AASHTO. Por ejemplo RS-1 (RR-1) es una emulsión Aniónica y CRS-1 (CRR-1) es una emulsión
Catiónica.
Los números en la clasificación indican la viscosidad relativa de la emulsión. Por
ejemplo, una emulsión MS-2 (RM-2) es más viscosa que una emulsión MS-1 (RM-1).
La letra “h” incluida en algunos grados significa simplemente que la base asfáltica es
más consistente (dura).
La letra “S” significa que la base asfáltica es más blanda.
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Las letras “HF” que preceden algunos de los grados de emulsiones aniónicas indican
alta flotación, medida con el ensayo de flotación.
4.4. FABRICACIÓN
El equipo de producción para la fabricación de emulsiones es muy sencillo y fácil de
conseguir, el inconveniente seria la formulación de las emulsiones que deben adaptarse a los
materiales pétreos.
4.5. ALMACENAMIENTO
Pueden almacenarse en fosas, tanques enterrados, a nivel, entre otros. Las
precauciones que se deben tomar son que los depósitos deben estar libres de grandes natas
de otros productos asfálticos, y no contaminados con materiales extraños o emulsiones
diferentes a la que se va almacenar. Se deben identificar el tipo de emulsión a almacenar.
4.6. USOS GENERALES
4.6.1. Emulsiones de Rotura Rápida: se diseñan para reaccionar rápidamente con el
agregado y pasar del estado de emulsión al del asfalto. Son utilizadas para
aplicaciones de riego, tales como sellos con agregados, sellos de arena, entre otros.
4.6.2. Emulsiones de Rotura Media: se diseñan para mezclarlas con agregado grueso.
Debido a que estos grados no rompen inmediatamente en contacto con el agregado,
Forma de Neutralizar la Acción de Residuos
de una Emulsión Catiónica en un Tanque
Forma de Neutralizar la Acción de Residuos
de una Emulsión Aniónica en un Tanque Figura N°4
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las mezclas que la utilizan permanecen trabajables por unos minutos. Son muy
utilizadas en plantas móviles.
4.6.3. Emulsiones de Rotura Lenta: están diseñadas para máxima seguridad en el
mezclado. Son utilizadas con agregados densamente gradados de alto contenido de
finos.
En la tabla N° 4 se muestran los usos más frecuentes de las emulsiones.
4.7. ENSAYOS NORMALIZADOS DE CALIDAD DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS:
4.7.1. Peso Específico.
La determinación del peso específico de una emulsión generalmente no está en las
especificaciones, sin embargo es de gran ayuda al hacer las correcciones volumétricas a
temperaturas elevadas y determinar las cantidades necesarias.
El peso específico de las emulsiones asfálticas está en el rango de 1,00 a 1,05 y se
determina con un picnómetro.
El procedimiento y equipo es el mismo como en los Asfaltos Liquidos, se describen
detalladamente en este manual en el numeral N° 2.5.1.
4.7.2. Viscosidad Saybolt-Furol.
Este ensayo consiste en determinar la medida de la consistencia de las emulsiones
asfálticas, a las temperaturas de 25 y 50 grados centígrados, los resultados se reportan en
segundos Saybolt-Furol. El procedimiento, equipos y materiales se describen
detalladamente en los métodos de ensayo para los Asfaltos Líquidos en el numeral 3.4.3.
4.7.3. Destilación.
El ensayo de Destilación para una emulsión, es muy parecido al de destilación para los
Cutbacks o Asfaltos líquidos. La principal diferencia está en que el matraz de destilación es
de aluminio y el quemador es de anillo para la emulsión, mientras que en los Cutbacks el
matraz es de vidrio y el quemador es del tipo Bunsen. El equipo está diseñado para evitar
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problemas de espuma en la emulsión, ya que se debe calentar hasta máximo 260°C. El
procedimiento y equipo necesario se describen más adelante.
4.7.4. Residuo por evaporación.
Este método de ensayo está designado para medir, por evaporación del agua, el
porcentaje de cemento asfáltico en la emulsión. El procedimiento y equipo necesario se
describen más adelante.
4.7.5. Carga eléctrica de la Partícula.
Esta prueba es la única en definir si una emulsión es Catiónica ó Aniónica a través de su
carga eléctrica. El procedimiento y equipo necesario para el ensayo se describen mas
adelante.
4.7.6. Sedimentación (Asentamiento).
Este ensayo nos indica el grado de estabilidad que tienen las emulsiones durante su
almacenamiento. Detecta la tendencia de los glóbulos de asfalto a sedimentarse
prematuramente durante su almacenamiento. También nos sirve como indicador de la
calidad de la emulsión. El procedimiento y equipo requerido se describen más adelante.
4.7.7. Ensayo de Tamizado
Esta prueba sirve como complemento a la prueba de sedimentación. La finalidad es
determinar cuantitativamente la cantidad de glóbulos de asfalto relativamente grandes
que pueden no haberse detectado en la prueba de sedimentación y que podrían obstruir
el equipo de rociado, así como el espesor y la uniformidad de la película de asfalto sobre
el agregado. El procedimiento y equipo requerido se describen más adelante.
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Universidad De Los Andes 149
4.7.8. Características al recubrimiento y Resistencia al Agua.
Esta prueba investiga si las emulsiones de rotura media o lenta pueden mezclarse con
agua. No es aplicable a emulsiones de rotura rápida. El procedimiento y equipo requerido
se describen más adelante.
4.7.9. Estabilidad de almacenaje.
La finalidad del ensayo es determinar la propiedad de una emulsión asfáltica a
permanecer como una dispersión uniforme durante el almacenaje, ya que es una medida
de permanencia de la dispersión relacionada con el tiempo. El procedimiento y equipo
requerido se describen más adelante.
4.7.10. Miscibilidad con Cemento.
Esta prueba se aplica a las emulsiones aniónicas para conocer la estabilidad de la
emulsión al mezclarse con un material tan fino como el cemento. El procedimiento y
equipo requerido se describen más adelante.
4.7.11. Determinación del potencial hidrogeno (pH)
Esta prueba permite verificar la acidez o alcalinidad de la solución jabonosa, a fin de
obtener los resultados deseados. El procedimiento y equipo requerido se describen más
adelante.
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Tabla N° 4. Usos más frecuentes de las Emulsiones
(Fuente: “Manual Básico de Emulsiones Asfálticas, serie N°19, ASPHALT INSTITUTE, pág. 30)
TIPO DE CONSTRUCCIÓN
ASTM D977 / AASHTO M208 ASTM D2397 / AASHTO M140
RS-
1
RS-
2
HFR
S-2
MS-
1, H
FMS-
1
MS-
2, H
FMS-
2
MS-
2h
, H
FMS-
2h
HFM
S-2s
SS-1
SS-1
h
CR
S-1
CR
S-2
CM
S-2
CM
S-2
h
CSS
-1
CSS
-1h
MEZCLAS DE ASFALTO Y AGREGADOS
Mezcla en planta (en caliente) XA
Mezcla en planta (en fío)
Granulometría abierta X X X X
Granulometría cerrada X X X X X
Arena X X X X X
Mezclado In-Situ
Granulometría abierta X X X X
Granulometría cerrada X X X X X
Arena X X X X X
Suelo Arenoso X X X X X
APLICACIONES DE ASFALTO Y AGREGADO
Tratamiento Superficiales (S y M) X X X X X
Sellado con Arena X X X X X X
Lechada Asfáltica X X X X X
Micro aglomerado XE
Sellado doble X X X
Capa real X X
APLICACIONES ASFÁLTICAS
Riego Pulverizado XB XC XC XC XC
Imprimación XD XD XD XD XD
Riego de adherencia XB XC XC XC XC
Control de polvo XC XC XC XC
Protección con asfalto XC XC XC XC
Sellado de fisuras X X X X
MEZCLAS DE MANTENIMIENTO
Uso inmediato X X X
Acopio X A Pueden emplearse otros grados que HFMS-2h, cuando la experiencia demuestre que han tenido un comportamiento satisfactorio. B Diluido en agua por el fabricante.
C Diluido con agua.
D Mezclado solo para imprimación.
E El polímero debe incorporarse durante o previamente a la emulsificacion.
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Universidad De Los Andes 151
PLANILLA DE ENSAYO PARA
EMULSIONES ASFÁLTICAS
Emulsiones Asfálticas
LABORATORIO DE MECÁ NICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS ENSAYOS FÍSICOS DE EMULSIONES ASFÁLTICAS
Nombre del Proyecto: Procedencia Muestra: Empresa: Fecha de despacho en refinería: Fecha de realización de Ensayos:
CARACTERÍSTICAS GENERALES
ESPECIFICACIONES RESULTADO ENSAYOS
Mínimo Máximo
En Emulsión Peso Específico 25/25 ºC
Peso Específico 25/25ºC
Viscosidad SAYBOLT-FUROL, 25ºC (s) A Peso del picnómetro, en gramos
Sedimentación, 5 días (%) B Peso del picnómetro + agua , en gramos
Carga Eléctrica de Partícula C Peso del picnómetro + muestra , en gramos Cubrimiento y Resistencia del agua Cubrimiento Ensayo 1 :
Resistencia al agua Ensayo 2 :
Valor Promedio :
Tamizado (Retenido T#20), (%) Mezclado con Cemento (%)
Ensayo de Evaporación Destilación
% Residuo Asfáltico
Volumen de Emulsión (ml)
Volumen Destilado (ml)
Destilación
Volumen Aceite destilado (ml) % Total Destilado Destilado (%)
% Aceite Destilado
% Residuo Solubilidad
Sobre Residuo de Destilación A W Cemento Asfáltico (gr) Penetración, 25ºC, 100g, 5s (dmm) B W crisol (gr)
Ductilidad 25ºC, (cm)
C W crisol + filtro (gr)
Solubilidad CCL4 (%)
D W crisol+filtro+muestra
Peso específico 25/25ºC
E = (D-C)/A =
Contenido de Cenizas (%)
% de BETÚN = 100 ( 1 - E )x100 =
Observaciones:
REALIZADO POR:_______________________________ REVISADO POR: ________________________________ FECHA: _______________
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B � A
(MÉTODO DEL PICNÓMETRO)