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ISSN 0188-7114

EMULSIONES ASFALTICAS

Rogelio Rodrguez Talavera Vctor Manuel Castao Meneses Miguel Martnez Madrid

Documento Tcnico No. 23 Sanfandila, Qro, 2001

SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTE

EMULSIONES ASFALTICAS

Rogelio Rodrguez Talavera Vctor Manuel Castao Meneses Miguel Martnez Madrid Documento Tcnico No. 23 Sanfandila, Qro, 2001

Este documento fue elaborado en la Coordinacin de Equipamiento para el Transporte del Instituto Mexicano del Transporte, Por Rogelio Rodrguez Talavera, Vctor Manuel Castao Meneses y Miguel Martnez Madrid. Se cont con el apoyo de los laboratorios del Departamento de Fsica Aplicada y Tecnologa Avanzada del Instituto de Fsica de la U.N.A.M. y del Instituto Mexicano del Transporte.

III

Indice Resumen Abstract Resumen Ejecutivo 1 Introduccin 1.1 Antecedentes Generales 1.2 Planteamiento del Problema 1.3 Objetivo General 2 Fundamentos 2.1 Descripcin del Asfalto Modificado con Hule 2.1.1 El asfalto 2.1.2 El Hule SBR (estireno butadieno) 2.2 El Compsito Asfalto-Hule 2.3 Ventajas del Sistema Asfalto-Hule para Carpetas Asflticas 3 Emulsiones Asflticas 3.1 Las Emulsiones 3.1.1 Importancia del Tamao de Partcula en las Emulsiones 3.1.2 Los Emulsificantes 3.1.3 Estabilidad de las Emulsiones VII IX XI 1 1 2 2 3 3 3 6 7 10 15 15 17 18 20

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3.2 Las Emulsiones Asflticas 3.2.1 Tipos de Emulsiones asflticas 3.2.2 Rompimiento de las Emulsiones Asflticas 3.2.3 Requisitos de Calidad para Emulsiones Asflticas 3.2.4 Clasificacin del Material Ptreo 3.2.5 Ventajas de las Emulsiones Asflticas 3.2.6 Recomendaciones para el uso de Emulsions Asflticas 3.2.7 Uso de las Emulsiones Asflticas 3.2.8 Especificaciones de las Emulsiones Asflticas 3.3 Emulsiones de Asfaltos Modificados 3.3.1 Fabricacin de Emulsiones Asflticas 4 Conclusiones 5 Referencias

21 23 25 26 28 29 30 31 32 34 35 37 39

VI

Resumen

En este trabajo se pretende hacer una revisin actual sobre las caractersticas ms importantes que afectan la fabricacin de emulsiones asflticas en agua, debido a las enormes ventajas que tienen las emulsiones asflticas. Adems de no requerirse de la aplicacin de calor para aplicar el asfalto en fundido, se logra una mejor adhesin entre el asfalto y el substrato ptreo cuando se usan emulsiones catinicas. Esto simplifica grandemente el equipo necesario utilizado para la aplicacin del asfalto. Adicionalmente, la reparacin de carreteras (bacheo) es tambin simplificada enormemente an en condiciones climticas adversas (lluvia, calor, etc.).

VII

Abstract

In this work, the main features related with asphaltic emulsions are reported. An important effort has been devoted to study the main characteristics that control the performance of these emulsions, due mainly to the great advantages this has over the melted asphalt. The fact that the asphaltic emulsion is applied at room temperature, produces an enormous economy in the fabrication an repair of asphaltic roads. Additionally, a better adhesion between the asphalt and the petreous material, which is the substrate for the asphalt, is obtained.

IX

Resumen Ejecutivo Las variables que controlan la produccin de una emulsin asfltica. Estas tienen que ser tomadas en cuenta para que la emulsin sea estable y del tamao de partcula apropiado; adicionalmente, el tipo de agente emulsificante es portante: generalmente se utilizan emulsiones catinicas en los sistemas asflticos, lo cual produce una buena adhesin qumica entre el sistema asfltico sustrato ptreo. Esto es importante para el buen desempeo del asfalto. Las emulsiones asflticas han venido a simplificar significativamente el procedimiento de asfaltado de carreteras, ya que se aplican en fro, lo cual presenta un ahorro considerable, no nada ms en la energa requerida para fundir el asfalto, sino en la maquinaria que se requiere para hacer el fundido in situ. Adicionalmente, en el caso del asfalto caliente, ste no se puede aplicar en condiciones climticas adversas como lluvia, alta humedad, etc., pero las emulsiones asflticas no tienen ese problema, ya que el medio en el cual viene el asfalto es precisamente agua. Este es un factor importante, ya que elimina los posibles retrasos en la construccin de carreteras por mal tiempo. Otra de las razones por las cuales las emulsiones asflticas estn siendo usadas ampliamente en la actualidad, es que mediante el uso de emulsificantes apropiados, se puede controlar ampliamente el tiempo de ruptura de las emulsiones, ya que es posible tener emulsiones de rompimiento rpido, lento e intermedio. Esto permite tener un amplio control en el uso de las emulsiones para IS diferentes tipos de aplicacin. Debido a la importancia que tienen actualmente las emulsiones asflticas, en este trabajo se pretende hacer una revisin del estado sobre emulsiones asflticas, haciendo nfasis en las caractersticas ms importantes que afectan la fabricacin de estas emulsiones asflticas. Se pretende que este estudio permita que en Mxico se comience a producir, en grandes volmenes, emulsiones asflticas con rompimiento controlado usando tanto asfalto no modificado, como asfalto modificado con hule.

XI

1 Introduccin 1.1 Antecedentes Generales

En las ltimas dos dcadas, mucho esfuerzo cientfico y tecnolgico se ha dedicado al desarrollo de materiales asflticos para la construccin de carreteras, ya que las especificaciones de stas son cada da ms estrictas. La tecnologa en materia asfltica se ha enfocado al desarrollo de carpetas asflticas con mayor duracin, con menor huella al paso de vehculos, mayor repelencia al agua (alta hidrofobicidad), mayor resistencia a la radiacin ultravioleta, mayor resistencia a la lluvia, mayor agarre con la llanta, mejor adhesin entre el asfalto y el material ptreo, mayor facilidad para la reparacin de baches, reparacin de baches a baja temperatura, etc. Todas estas condiciones impuestas al asfalto (ya sea modificado o no) dan como resultado una intensa investigacin en este campo desarrollando nuevos materiales asflticos, as como nuevas formas en las cuales el asfalto modificado puede ser aplicado al substrato ptreo. El asfalto modificado se ha convertido ltimamente en la mejor opcin para la fabricacin de carpetas asflticas de alto desempeo. Se sabe que para este tipo de aplicacin los niveles de concentracin del polmero son relativamente bajos: del 2 al 3% cuando se usa SBS (estireno-butadieno-estireno), y del 4 a 8% cuando se usan poli-olefinas amorfas del tipo APP (polipropileno amorfo). El problema que se presenta es que para estos bajos niveles de concentracin el polmero puede separarse del asfalto por falta de estabilizacin. Esta separacin surge debido a la diferencia en densidades entre el asfalto y el polmero. Para aplicaciones que involucran impermeabilizantes y selladores, el sistema asfalto- polmero exhibe niveles intermedios de concentracin de modificador: del 7 al 15% para SBS y del 18 al 30% para APP. En estos casos el problema fundamental es controlar la compatibilidad asfalto-polmero para conseguir la morfologa requerida del compsito y conservar las propiedades del sistema. Es importante decir que esta morfologa no siempre se obtiene de manera uniforme en todo el sistema, debido precisamente a la compatibilidad de las especies, por lo que se hace necesario, en algunas ocasiones, el empleo de un agente de compatibilizacin que lo normalice.

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1.2

Planteamiento del Problema

Como se mencion anteriormente, una de las lneas importantes de investigacin en materiales asflticos consiste en disear un sistema que permita una fcil aplicacin del asfalto, sobre todo del asfalto modificado con hule, adems de lograr una mejor adhesin entre el asfalto (modificado o no) y el material ptreo que sirve de substrato para el asfalto. Es en esta lnea de investigacin en donde se enmarca este trabajo: el estudio de las caractersticas importantes para la produccin de las emulsiones asflticas que presenten una fcil aplicacin y una mejor adhesin con el material ptreo el cual sirve de substrato. Una forma de atacar este problema es mediante el uso de las llamadas emulsiones asflticas. Este tema de las emulsiones asflticas ha cobrado mucho inters en los ltimos aos debido a las ventajas que tiene este tipo de emulsiones para resolver los problemas anteriormente planteados, ya que permite la aplicacin de los asfaltos (modificados o no) sobre el substrato ptreo a bajas temperaturas, con un control amplio en el tiempo de rompimiento de la emulsin. Las primeras emulsiones asflticas en salir al mercado fueron aquellas que slo contenan asfalto puro, o sea asfalto sin modificar con hule. Estas emulsiones presentan ventajas importantes sobre el uso de asfalto puro usado en fundido (en caliente), siendo la principal la baja temperatura de aplicacin, ya que se aplican a temperatura ambiente no requiriendo de calor para fundir el asfalto antes de aplicarlo. 1.3 Objetivo General

El objetivo de este trabajo es el estudio de las caractersticas importantes para la produccin de las emulsiones asflticas en agua que presenten una fcil aplicacin y una mejor adhesin con el material ptreo que sirve de substrato.

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2 Fundamentos 2.1 Descripcin del Asfalto Modificado con Hule Describiremos brevemente las propiedades tanto del material compuesto asfalto-polmero, como de los materiales constituyentes: el asfalto y el polmero. Esto tiene como propsito el hacer nfasis en los requerimientos que tiene que cumplir la emulsin asfltica para que el sistema, una vez aplicado, tenga un buen desempeo. 2.1.1 El Asfalto Como ya mencionamos anteriormente, el asfalto es un material de los llamados termoplsticos, el cual es muy complejo desde el punto de vista qumico ya que es obtenido como el residuo en el proceso de refinacin del petrleo crudo. Esto hace que el control de calidad de