Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas
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IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS. CARLOS ALBERTO PAREJA URIBE Qu í mico, Magister en Qu í mica Especialista en Asfalto para Pavimento. EL ASFALTO.

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IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

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Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

CARLOS ALBERTO PAREJA URIBE

Químico, Magister en Química

Especialista en Asfalto para Pavimento


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

EL ASFALTO

Definición: Es un material de color negro, con consistencia líquida, semisólida y sólida, compuesto por HC solubles en sulfuro de carbono (su mayoría).

Procedencia: Yacimientos naturales o como un producto de la refinación del petróleo

Usos:Por sus cualidades aglutinantes y propiedades fisicoquímicas y coloidales

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Clas ificaci n de los ligantes bituminosos

CLASIFICACIÓN DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS

Ligantes bituminosos

Betún

Alquitrán

Ligantes del petróleo

Asfalto natural

Alquitranes

de carbón

Alquitranes

de madera

Alquitrán de carretera

Gilsonita

Asfalto

lacustre

Asfalto

mineral

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

COMPOSICIÓN QUÍMICA

Crudo

Saturados

Aromáticos

Resinas

Asfaltenos

S

A

R

A

No polar

Peso molecular, polaridad y aromaticidad

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

CONSTITUCIÓN DE LOS ASFALTOS

Asfaltenos:

Alto peso molecular, compuestos polares

Determinan la dureza de los asfaltos

Alta viscosidad

Proveen elasticidad, resistencia y adhesión

5 - 20 %

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

R

C

O

O

H

S

R

Resinas:

Alto peso molecular, compuestos polares

Mantienen los asfáltenos en suspensión coloidal

Determinan las propiedades de adhesión

Fluidas cuando se calientan, frágiles cuando se enfrían

Proveen ductilidad (viscoelasticidad)

20 - 41%

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

  • Aromáticos:

  • Masa molecular media, compuestos no polares

    • Mayor componente en los asfaltos

    • 40 - 65 %

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

C

H

3

C

H

C

H

3

3

Saturados

C

H

3

  • Saturados:

  • Masa molecular media, compuestos no polares

  • Aumentan la fluidez (plasticidad)

  • Pueden contener ceras que se transforman en fase con el oxígeno

  • 2 - 16%

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Estructura coloidal del asfalto

Asfaltenos

ESTRUCTURA COLOIDAL DEL ASFALTO

Asfalto duro

Asfalto blando

Resinas

Cíclicos

Saturados

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Estructura coloidal del asfalto1

ESTRUCTURA COLOIDAL DEL ASFALTO

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

FORMACIÓN DE ESTRUCTURAS COLOIDALES POR COMPOSICIÓN QUÍMICA

Cambios estructurales del asfalto = ( temperatura y composición química)

La relación de Traslier KDó IC; no representa muy bien la influencia de los componentes del asfalto sobre la dispersión de su fase.

Is describe de una forma más concreta las propiedades del asfalto, sus valores cambian en un limite más amplio frente a los valores de KD.

Índice de Penetración Susceptibilidad térmica

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

VALORES DE Is

< 4: estructura gel

4 - 9: sol- gel

> 9: estructura sol

  • Los asfaltos tipo gel-baja susceptibilidad térmica y mayor intervalo entre las temperaturas de traspaso de estado elástico a uno viscoso.

  • Los asfaltos tipo sol - alta susceptibilidad a la temperatura. Contienen pequeñas cantidades de asfáltenos.

  • Sol-gel - tanto elástico como deformación permanente (viscoso).

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

FORMACIÓN DE ESTRUCTURAS COLOIDALES POR TEMPERATURA

Sd

Sv

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

EFECTO DEL EQUILIBRIO COLOIDAL EN EL PROCESO DE MEZCLADO DEL ASFALTO CON LOS AGREGADOS

  • La efectividad del mezclado = f(, , resistencia al envejecimiento térmico, impregnación, porosidad, polaridad y composición granulométrica, mezclado mecánico y tiempo de mezclado).

  • Baja T mezclado: recubrimiento deficiente - baja resistencia al agua y alto agrietamiento

  • Alta T mezclado: intensa oxidación - baja resistencia a la fatiga

  • De acuerdo con la naturaleza del agregado mineral las temperaturas óptimas de mezclado se desplazan hacia la T de solución verdadera

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Variaci n de la viscocidad del asfalto con la temperatura

VARIACIÓN DE LA VISCOCIDAD DEL ASFALTO CON LA TEMPERATURA

ASFALTO IDEAL

TEMPERATURA MEDIA DE MEZCLA

(MEZCLA EN CALIENTE)

VISCOSIDAD (PIOSES)

MARGEN DE TEMPERATURA PAVIMENTO

ASFALTO NORMAL

0• 60•135•

TEMPERATURA•C

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

10000

1000

-7,3243

y = 1E+16x

2

R

= 0,9977

Viscosidad, P

100

10

1

50

80

110

140

170

Temperatura, °C

DETERMINACIÓN DE LAS TEMPERATURAS ÓPTIMAS DE MEZCLADO Y COMPACTACIÓN (CURVA REOLÓGICA)

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

MÉTODO PARA DETERMINAR LAS TEMPERATURAS ÓPTIMAS DE MEZCLADO Y COMPACTACIÓN DEL ASFALTO

V = 1016 *T(-7,3243)

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Propiedades quim cas vs f sicas

PROPIEDADES QUIMÍCAS Vs. FÍSICAS

% de Grupos SARA

Asfaltenos:

  • Asociación

  • Estructura molecular

  • Distribución y tamaño

  • Poder peptizante

  • % polar aromáticos

  • Penetración

  • Punto de chispa

  • Viscosidad

  • Ductilidad

Vs

Dureza (% tipo de Asfaltenos y Resinas (Polar aromáticos))

Ductilidad (% de aromáticos (N-Aromáticos), resinas y Asfaltenos)

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Propiedades quim cas vs f sicas1

PROPIEDADES QUIMÍCAS Vs. FÍSICAS

Si S el asfalto tiene susceptibilidad térmica

Si V es asfalto tiende a envejecerse más rápidamente.

Si N aumenta la sensibilidad al agua (menor adherencia)

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ASFALTO

EN SUS PROPIEDADES FÍSICAS

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

ENVEJECIMIENTO DEL ASFALTO

Mecanismos del envejecimiento del asfalto

  • Pérdida de volátiles

  • Formación de Sulfóxidos (S=O)

  • Oxidación( C=O)

    • Acetonas

    • Carbonilos

    • Fenoles

    • Ácidos carboxílicos

  • Otros mecanismos de envejecimientos del asfalto

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

  • Pérdida de volátiles en los cementos asfálticos

  • Los cementos asfálticos pierden componentes volátiles con el tiempo por:

    • Exposición a la atmósfera

    • Elevadas temperaturas

    • El cemento asfáltico se rigidiza al perder volátiles

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

  • Formación de sulfoxidos

  • Los sulfóxidos se forman durante el mezclado en planta a altas temperaturas

  • Los sulfóxidos aumentan la rigidez del cemento asfáltico

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

Oxidación de los cementos asfálticos

Los cementos asfálticos reaccionan con el oxígeno

  • La oxidación aumenta el tamaño y complejidad de las moléculas de los cementos asfálticos

  • Aromáticos polares a asfaltenos

  • Aromáticos nafténicos a polares aromáticos

  • Inicialmente produce carbonilos y cetonas

  • Reactividad relativa con el oxígeno

    • Asfaltenos: 40

    • Aromáticos polares: 32

    • Aromáticos nafténicos: 7

    • Saturados:1

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

  • Otros mecanismos de envejecimientos del asfalto

  • La acción de los rayos ultravioleta (rompe los lazos químicos)

  • La acción de microorganismos (digieren compuestos)

  • Acción del agua (rompe mecánicamente la estructura química)

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

QUÍMICA DEL ASFALTO Y DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO

  • Ahuellamiento:

    • Es deseable tener altos pesos moleculares (más elasticidad), menos ahuellamiento

    • Mayor polaridad(alta asociación), menos ahuellamiento

    • Menos no polares y saturados, menos Ahuellamiento

    • Menos parafinas ( flujo no oxidado), menos ahuellamiento

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

QUÍMICA DEL ASFALTO Y DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO

  • Agrietamiento térmico.

    • Es deseable tener bajos pesos moleculares

    • Menos polaridad, menor agrietamiento térmico

    • Más no polares y saturados, menor agrietamiento térmico

    • Menos parafinas (fase de transformación de la oxidación), menor agrietamiento térmico

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

QUÍMICA DEL ASFALTO Y DESEMPEÑO DEL PAVIMENTO

  • Agrietamiento por fatiga:

  • El impacto de la química del asfalto está íntimamente ligado a la geometría del pavimento

    • Pavimentos delgados: menos polares (alta deflexiones – más ductilidad)

    • Pavimentos gruesos: alta polaridad (baja deflexiones más elasticidad)

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

INDICES UTILIZADOS EN CALIDAD DE ASFALTOS

Índices de penetración:

  • DE TRES TEMPERATURA, 0, 25 y 46ºC; no diferencia entre varios tipos de asfaltos

  • COEFICIENTE DE SUSCEPTIBILIDAD VISCOSIDAD – TEMPERATURA; Desarrollado por Nevitt y Krchma. (ASTM D 341)

  • DE PFEIFFER

Valores bajos indican baja susceptibilidad a la temperatura

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

  • DE HEUKELOM Se utiliza el nomograma de heukelom

  • PUNTO DE ABLANDAMIENTO Y PENETRACIÓN

IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS


Importancia de la quimica del asfalto en sus propiedaes f sicas

  • (ASTM D1754, NLT-128) ENVEJECIMIENTO EN PELICULA DELGADA

    • Variación masa, %: máxima 1%

    • Penetración residual, mínimo 52%

    • Incremento Temperatura Ablandamiento, máximo 9 °C.

    • Índice de envejecimiento: máximo 5

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