Cemento Asfáltico

AntecedentesHistoria de las especificaciones

Antecedentes

l Asfalto– Soluble en derivados del

petroleo– Generalmente es un sub -

producto del proceso de destilación

– Puede ser de fuente natural

l Alquitrán– Resistente a los

derivados del petroleo – Generalmente es un sub-

producto de la producción de coke ( del carbón)

Antecedentes

l Primer US Concreto Asfáltico (HMA) construído en 1870’s– Pennsylvania Ave.– Se usó asfalto natural de la

superficie del Lago en la Isla Trinidad

l Dos fuentes– Isla Trinidad– Bermuda, Venezuela

Antecedentes

l Cada lago era una fuente de asfaltos muy consistentes– Se usó el test de solubilidad para determinar la fuente

» Los componentes insolubles diferían sustancialmente entre las fuentes

l La demanda proveniente de los caminos pavimentados excedía los suministros de asfaltos provenientes de los Lagos a finales de los años 1800 – Lo que condujo al uso de asfaltos provenientes del

petroleo

Asfaltos Procedentes del Petroleol El asfalto es un producto residual del proceso de refino

de los crudos del petroleo– Llamado a veces “ el fondo del barril”

l Sus propiedades dependen de :– Las operaciones de la refinería– La composición del crudo es dependiente de la

fuente

GasolinaKerosene

Lt. Gas OilDiesel

Motor Oils

Asfaltos

Barril de Crudo del Petroleo

Cemento Asfaltico: Componentes

l Asfaltenos– Inclusiones sólidas, discretas, grandes

( negras)– Componente de alta viscosidad

l Resinas– Semi-sólidas o sólidas a temperatura

ambiente » Líquidas cuando se calientan» Frágiles cuando están frías

l Aceites– Líquidos incoloros– Solubles en la mayoría de los solventes – Permiten al asfalto fluir

Refinería - Operación

DEPOSITOSESTACION DE BOMBEO

DESTILADOS LIGEROS

DESTILADOS PESADOS

UNIDAD DE PROCESO

ASFALTO CEMENTO

PARA PROCESO DE OBTENCION DE EMULSIONES Y ASFALTOS CORTADOS

restos

AIRE

ASFALTOS SOPLADOS

ALMACENAMIENTO

TORRE DE REFINO

RESIDUO

O

GAS

PETROLEO

ARENA Y AGUA

CONDENSACIONY ENFRIAMIENTO

CALENTADORES

DESTILADOS MEDIOS

Tipos

l Cemento asfáltico– Generalmente es un material producido en

refinería – Cementos asfálticos soplados

l Cortados– Cementos asfálticos cortados con solventes

derivados del petroleol Emulsiones

– Mezcla de asfalto cemento ,agua y agente emulsionante

Asfaltos Soplados

Asfaltos Cortados

l Curado Rápido (RC) (Naphtha o Gasolina)– Alta volatibilidad del solvente– Riego de liga, tratamientos superficiales

l Curado Medio (MC) (Kerosene)– Moderada volatilidad – Mezclas para parches

l Curado Lento (SC) (Aceites de baja viscosidad)– Baja volatilidad– Imprimación, control de polvo

Emulsiones

l El Emulsificante da la carga superficial a las gotas de asfalto suspendidas en agua – Aniónica

» Carga Negativa » Alcalina» Buena con gravas limosas (carga positiva)

– Catiónica » Carga Positiva» Acida» Buena con gravas silíceas (carga negativa)

Compra de Cemento Asfáltico

l Requiere ser capaz de especificar las características deseadas

l “Las caracteríticas deseadas” han evolucionado con el paso del tiempo y con los avances tecnológicos

l La compra requiere especificaciones

Primeras Especificaciones

l Asfaltos de Lago– Apariencia– Solubilidad en disulfito de carbono

l Asfaltos del Petroleo(comienzo de los 1900)– Consistencia

» Mascado» Máquina de Penetración

l Medida de consistencia

Test de Penetraciónl Aguja de máquina de coserl Carga especificada, tiempo, temperatura

100 g

Inicial

Penetración en 0.1 mm

Después de 5 segundos

Especificación de Penetración

l Cinco Grados• 40 - 50• 60 - 70• 85 - 100• 120 - 150• 200 - 300

Especificación por Grados de Penetración

l Usa los resultados del test de penetración para especificar

l Agrega– Punto de Inflamación– Ductilidad– Solubilidad– Horno de Envejecimiento Película Delgada

» Penetración» Ductilidad

Punto de Inflamación(Seguridad)

Termómetro

Copa llena con asfalto

Varilla conectada al Ducto de Gas

Ductilidad

Solubilidad (Pureza)

Horno de Película Delgada

Vista exterior

Bandeja rotatoria

recipiente Termómetro

Especificación Típica de Penetración

PenetraciónPenetración 40 40 -- 5050 200 200 -- 300300

Pto Pto InflamaciónºFInflamaciónºF 450+450+ 350+350+

Ductilidad, cmDuctilidad, cm 100+100+ 100+100+

Solubilidad, %Solubilidad, % 99.0+99.0+ 99.0+99.0+

Pen.Retenida, % 55+Pen.Retenida, % 55+ 37+37+

Ductilidad, cmDuctilidad, cm NANA 100+100+

Temperatura

25C (77F)

Penetración, 0.1 mm

ALTA

MEDIA

BAJA

Ventajas

l Los grados de los asfaltos son relacionados con las temperaturas de servicio promedio

l Rapidezl Puede usarse en laboratorios de terrenol Bajo costo de capitall Precisión bien establecidal Puede determinarse la susceptibilidad térmica

Desventajas

l Test empíricol Tasa de corte

– Alta– Variable

l Temperaturas de mezclado y compactación no disponibles

l Similares penetraciones a 25C (77F)no reflejan amplias diferencias en los asfaltos

Especificación Basada en Grado de Viscosidad

Viscosidad: la razón entre la tensión de corte aplicada y la tasa de corte.

η = τ / γ

Definición

Tipos de Viscosímetros Tubulares

Asphalt Institute TubeZietfuchs Cross-Arm

Tube

Ensayos

l Viscosidad Absoluta – Tubo en forma de U con

marcas para tiempo lleno de asfalto

– Colocado en un baño de 60C – Vacío usado para impulsar el

asfaalto através del tubo – Tiempo en pasar las marcas – Visc. en Pa s (Poise)

Ensayos

l Viscosidad cinemática– Tubo con un brazo en cruz con

marcas para controlar el tiempo , lleno de asfalto

– Colocado en un baño a 135C – Una vez que se comienza, el asfalto

se mueve por gravedad dentro del tubo

– Marcas para control el tiempo de paso

– Visc. en mm2 / s (centistoke)

Especificación por Grado de Viscosidad

l ASTM D3381l Tres Especificaciones

– Table 1» Propiedades originales

– Table 2»Propiedades originales

– Table 3»Envejecimiento por Horno

Rotatorio de Película Delgada

Tabla 1 & 2 Tests

l Viscosidad a 60 and 135oCl Penetraciones a 25oCl Punto de inflamaciónl Solubilidadl Residuo envejecido por TFO

– Viscosidad a 60oC– Ductilidad a 25oC

Tabla 1 & 2 Grados

l Tabla 1 – AC 2.5, AC 5, AC 10, AC 20, AC 40

l Tabla 2– AC 2.5, AC 5, AC 10, AC 20, AC 30, AC 40

Tabla 1 Ejemplo

AC 2.5AC 2.5 AC 40AC 40

Visc, 60CVisc, 60C 250 250 ++ 50 4,000 50 4,000 ++ 800800

Visc, 135CVisc, 135C 80+80+ 300+300+

PenetrationPenetration 200+200+ 20+20+

Visc, 60CVisc, 60C <1,250<1,250 <20,000<20,000

DuctilidadDuctilidad 100+ 100+ 10+10+

Tabla 2 Ejemplo

AC 2.5AC 2.5 AC 40AC 40

Visc, 60CVisc, 60C 250 250 ++ 50 4,000 50 4,000 ++ 800800

Visc, 135CVisc, 135C 125+125+ 400+400+

PenetrationPenetration 220+220+ 40+40+

Visc, 60CVisc, 60C <1,250<1,250 <20,000<20,000

DuctilidadDuctilidad 100+ 100+ 25+25+

Temperatura25C (77F) 60C (140F) 135C (275F)

Temp. Servicio Prom.

Mezclado &

Compactación

VeranoCalor

Tabla 1

40 Pen

210

Tabla 2

60 Pen

300

Baja2400

1600

Vis

cosi

dad

(S

tiff

nes

s)

.1.1

.2.2

.3.3

.5.5

11

101055

100100 110110 120120 130130 140140 150150 160160 170170 180180 190190 200200

Temperatura, CTemperatura, C

Viscosity, Pa sViscosity, Pa s

Rango de CompactaciónRango de Compactación

Rango de MezcladoRango de Mezclado

Mezclado/CompactacionTemperaturas

Ventajas (AC Original Grado Visc.)

l Propiedad fundamental l Amplio rango de temperaturasl Basedo en max temp. de la superficie del pavimentol Amplio rango de instrumentosl Precisión de los Metodos de Test establecida l Susceptibilidad térmica controladal Limites de envejecimientol Información de las temperaturas de mezclado y

compactación

Desventajas (CA Original Grado Visc.)

l Más caro l Mayor tiempo de los testsl Mayor pericia técnical No aplicable a materiales No-Newtonianos l Amplio rango de propiedades para el mismo

grado

Tabla 3l AR Grados

– AR 1000, AR 2000, AR 4000, AR 8000, AR 16000

l Tests en residuo envejecido en RTFO – Viscosidades a 60 y 135oC– Penetraciones a 25oC– % de la Penetración Original – Ductilidad– Propiedades del asfalto sin

envejecer » Punto de inflamación y

solubilidad

Horno Rotatorio De Película Delgada

Tabla 3 Especificación

AR 1000AR 1000 AR 16,000AR 16,000

Visc, 60C 1,000 Visc, 60C 1,000 ++ 250 16,000 250 16,000 ++ 4,0004,000

Visc, 135CVisc, 135C 140+140+ 550+550+

Pen.Pen. 65+65+ 20+20+

% Orig. Pen% Orig. Pen NSNS 52+52+

Ventajas(Grado AR Visc.)

l Representa las propiedades del asfalto después del mezclado

l Propiedad Fundamental l Cubre un amplio rango de temperaturas l Limita el envejecimiento

Desventajas(Grado AR Visc.)

l Altamente regionall Requiere diferentes equipos de tests l Largo tiempo de test l No hay test de consistencia en el asfalto originall No aplicable a materiales No-Newtonianos l Amplio rango de propiedades para el mismo grado

4050

6070

85100

120150

200300

Grados PenetraciónAC 40

AC 20

AC 10

AC 5

AC 2.5

100

50

10

5

Vis

cosi

dad

, 60C

(14

0F) AR 16000

AR 8000

AR 4000

AR 2000

AR 1000

¿- Preguntas - ?