El cemento asfáltico, usos, y obtención El cemento asfaltico es un material aglomerante sólido o semisólido de color negro o pardo oscuro, que se ablanda gradualmente al calentarse y cuyos constituyentes predominantes son hidrocarburos pesados, que se obtienen de la refinación del petróleo.
Esté ha sido utilizado con éxito en la pavimentación de vías debido principalmente a que es un material altamente cementante, termoplástico, repelente al agua y es resistente al ataque de la mayoría de los ácidos, álcalis y sales, que posee alta elasticidad a altas temperaturas, suficiente ductilidad a bajas temperaturas, baja susceptibilidad al cambio de temperatura, buena adhesión y cohesión y bajo contenido de parafina (alta resistencia r esistencia al envejecimiento), por lo que: - Proporciona
una buena unión y cohesión entre agregados, incrementando por ello la resistencia con la adición adici ón de espesores relativamente pequeños. pequeños.
·
-
Resiste la acción mecánica de disgregación producida por las cargas aplicadas, gracias a la flexibilidad dada a la estructura.
·
- Impermeabiliza
la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra penetración del agua proveniente del las precipitaciones.
El cemento asfaltico es comúnmente usado en la construcción de pavimentos para carreteras, autopistas, calles, aeropuertos, áreas de estacionamiento, entre otros; para ello se mezcla con agregados (mezclas en caliente), obteniéndose los denominados concretos asfalticos para pavimentación. Es utilizado también en la industria impermeabilizante y pintura asfáltica, revestimiento de diques, canales y materia prima para las emulsiones asfálticas. El cemento asfaltico a temperatura ambiente, es semisólido y altamente viscoso, por lo que se requiere licuarlo temporalmente por calentamiento, para su manejo durante las operación de construcción, tales como, bombeo por tubería, transporte de cisternas, mezcla con agregado, Etc. El cemento asfáltico puede ser llevado temporalmente a condición fluida (líquido) durante la operación de construcción de tres maneras:
Derritiéndolo: después de las operaciones de construcción, el cemento asfáltico líquido y caliente se enfría y retorna de su condición fluida, a su condición normal semisólida. Diluyéndolo en solventes de petróleo seleccionados: este proceso se llama recomposición (cutting back). El asfalto obtenido se denomina asfalto diluido (cuttback asphalt). Después de la reconstrucción, el solvente se evapora dejando en el lugar el cemento asfaltico. El uso del asfalto diluido ha declinado debido a la escasez de petróleo y las regulaciones gubernamentales del ambiente. Emulsificándolo con agua: como el asfalto y el agua ordinariamente no se mezclan, puede hacerse que lleguen a esta condición mediante la agitación del asfalto con el agua en un molino coloidal y la adición de una pequeña cantidad de agente emulsificante o emulsivo. El
producto resultante, denominado emulsión asfáltica, es fluido y está listo para las operaciones de construcción.
La obtención del cemento asfáltico se hace a través de el petróleo crudo que es extraído de los pozos, esté es separado en una refinería; principalmente esta separación es llevada a cabo por destilación. Después de la separación los constituyentes son refinados mas cuidadosamente o procesados en productos que cumplan requerimientos específicos, de esta manera se obtiene el asfalto producto de la refinación del petróleo, dependiendo de la naturaleza del crudo que está siendo procesado. El cemento asfaltico es obtenido como residuo o producto residual del petróleo crudo. CEMENTO ASFALTICO Llamado también ASFALTO DE PETROLEO, ASFALTO PARA CARRETERAS, los cementos asfalticos se utilizan principalmente en aplicaciones viales. Son sólidos a temperatura ambiente y se clasifican por su consistencia de acuerdo al grado de penetración o por su viscosidad. Son recomendados para la construcción de carreteras, autopistas, caminos y demás vías y forman parte de la capa estructural de una vía, brindando propiedades de impermeabilidad, flexibilidad y durabilidad aun en presencia de los diferentes agentes externos tales como el clima, la altura, la temperatura ambiental y condiciones severas del tráfico. TIPOS DE CEMENTOS
Cemento asfaltico PEN 40/50. Cemento asfaltico PEN 60/70. Cemento asfaltico PEN 85/100. Cemento asfaltico PEN 120/150. USOS:
Preparación de mezcla para pavimentación (Asfalto en caliente). Construcción de vías asfaltadas de pistas, autopistas, etc. Industria impermeabilizante y pinturas asfálticas. Revestimiento de diques y canales. Fabricación de brea/parquet.
Definición
sfalto
Es una sustancia negra, pegajosa, sólida o semisólida según la temperatura ambiente; a la temperatura de ebullición del agua tiene consistencia pastosa, por lo que se extiende con facilidad. Se utiliza para revestir carreteras, impermeabilizar e structuras, como depósitos, techos o tejados, y en la fabricación de baldosas, pisos y tejas. No se debe confundir con el alquitrán, que es también una sustancia negra, pero derivada del carbón, la madera y otras sustancias.
El asfalto se encuentra en depósitos naturales, pero casi todo el que se utiliza hoy es artificial, derivado del petróleo. Para pavimentar se emplean asfaltos de destilación, hechos con los hidrocarburos no volátiles que permanecen después de refinar el petróleo para obtener gasolina y otros productos. Los asfaltos son materiales aglomerantes de color oscuro, constituidos por complejas cadenas de hidrocarburos no volátiles y de elevado peso molecular. Estos pueden tener dos orígenes; los derivados de petróleos y los naturales.
Clasificación Del Asfalto Los asfaltos se clasifican en:
- Cemento Asfaltico - Asfaltos Cortados - Emulsiones Asfálticas Cemento Asfaltico
Son asfaltos refinados o una combinación de asfalto refinado y aceite fluidificante de consistencia apropiada para trabajos de pavimentación. El cemento asfaltico es llamado así para distinguirlo de los asfaltos hechos para usos de impermeabilización y usos industriales. Puede proceder de depósitos naturales, que son enormes lagos de asfalto mezclado con un material mineral, agua y otras impurezas. Los asfaltos para pavimentos se obtienen de los petróleos de base asfáltica y de base intermedia mediante destilación, quedando como residuos de este proceso. La mayor o menor dureza del asfalto depende de las condiciones de destilación, tales como presión,
temperatura y tiempo. Estos asfaltos reciben el nombre de “destilado directo" para
diferenciarlos de aquellos obtenidos por oxidación, que toman e l nombre de oxidados, y son empleados en impermeabilizaciones.
El cemento asfaltico a temperatura normal es un material negro, muy pegajoso, semisólido y altamente viscoso. Debido a que el cemento asfaltico es pegajoso, se adhiere las partículas de agregado y puede ser usado para cementarlas o ligarlas dentro del concreto asfaltico. El cemento asfaltico es impermeable y no es afectado por la mayoría de los ácidos, álcalis o sales. Es llamado material termoplástico porque se ablanda con el calor y se endurece si es enfriado. Esta combinación única de características y propiedades es una razón fundamental de por qué el asfalto es un material importante en el mantenimiento y rehabilitación de pavimentos. El cemento asfaltico S, especialmente preparado con la calidad y consistencia requerida para el uso de pavimentos asfalticos y debe calentarse al igual que los agregados para hacer la mezcla.
Tipos de Cemento Asfaltico
Los cementos asfálticos se dividen en grados según su dureza o consistencia, que es medida mediante el ensaye de penetración medido en 1/10 mm, valor que es inverso a la dureza. De acuerdo a esto, los cementos asfalticos más comúnmente usados son los siguientes.
CA 40 –50: Comúnmente utilizado para relleno de juntas y grietas de pavimentos de hormigón a través de un mastic (mezcla con filler).
CA 60 – 70: Utilizado en la elaboración de Bases, Binder, Carpetas y para la elaboración de Asfalto espumado.
CA 85 – 100: Principalmente utilizado en la elaboración de Carpetas asfálticas y Asfalto espumado.
CA 120 – 150: Utilizado en la confección de tratamientos superficiales.
Las dos cifras indican el índice máximo y mínimo de penetración.
Cemento Asfaltico 60 – 70 (En concreto asfaltico): son aquellos fabricados a partir de la base asfáltica que proviene de los fondos de la destilación al vacío de crudos seleccionados y cuya característica de penetración está comprendida entre 60 y 70 mm/10.
Uso: el uso principal de los asfalto de penetración es en la construcción y la
conservación de carreteras. El asfalto debe ser seleccionado en función de las características climáticas de la zona y las condiciones de operación de la vía a pavimentar. También se utiliza para la preparación de emulsiones asfálticas, en la industria de impermeabilizantes, y asfaltos modificados con polímeros.
Composición Química del Asfalto
El cemento asfaltico está compuesto por asfaltenos, resinas, aromáticos y saturados. Los asfaltenos proporcionan la dureza del asfalto, las resinas son los que aglutinan los asfaltenos, brindando la capacidad de liga. Los aromáticos y saturados son aceites, que le dan la consistencia para que sean trabajables.
Usos del Cemento Asfaltico
Como el asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes, presenta las propiedades ideales para la construcción de pavimentos cumpliendo las siguientes funciones:
• Impermeabilizar la estructura del pavimento, haciéndolo poco sensible a la humedad y eficaz contra la penetración del agua proveniente de la precipitación.
• Proporciona una íntima unión y cohesión entre agregados, capaz de resistir la acción mecánica de disgregación producida por las cargas de los v ehículos.
• Igualmente mejora la capacidad portante de la estructura, permitiendo disminuir su espesor.
Ensayos al cemento asfáltico
Para evaluar la calidad de un cemento asfáltico y caracterizarlo se han ideado diversos ensayos que tratan de reproducir el comportamiento a escala real del material. A continuación se presenta una breve descripción de cada una de ellos.
• Ensayos para medir la consistencia del cemento asfáltico La consistencia es el grado de fluidez que tiene el asfalto a una determinada temperatura.
• Ensayos de viscosidad La viscosidad es la resistencia del material a fluir. No es una propiedad intrínseca del asfalto, es decir, depende de la temperatura y del tipo de ensayo que se realiza. En general, se puede medir la viscosidad cinemática o la dinámica. Las normas generalmente piden la viscosidad dinámica a 60°C.
• Ensayo de Penetración La penetración es una medida de la consistencia del asfalto a la temperatura media de servicio, 25°C. Sus valores son dados en décimas de milímetro. Los valores más comunes de nuestro asfalto son los de penetraciones desde 60 dmm hasta 90 dmm.
• Índice de penetració n Este valor proporciona un criterio de medida de la susceptibilidad del cemento asfáltico a los cambios de temperatura. El índice de penetración se mide indirectamente y más comúnmente como resultado de un cálculo especial que se hace con los resultados de la penetración y el punto de ablandamiento.
• Ensayo de punto de ablandamiento Como los cementos asfálticos no tienen un p unto de fusión definido, por ser materiales termoplásticos, se ha definido un punto de ablandamiento convencional, determinado por la temperatura a la que alcanza un determinado estado de fluidez a la cual el asfalto no puede soportar una carga de una bola de acero dentro de un anillo, por lo
que la prueba también se denomina “de anillo y bola”.
• Ensayo de ductilidad
La ductilidad es la capacidad para mantenerse cohesionado bajo las deformaciones
inducidas por el tránsito. Se mide en un equipo denominado “ductilímetro”. El ensayo consiste en consiste en someter las muestras de asfalto a un ensayo de tracción, en condiciones determinadas de velocidad y temperatura, en un baño de agua de igual densidad, definiéndose la ductilidad como la distancia máxima en centímetros que se estira la probeta hasta el instante de rotura.
• Ensayos para determinar la durabilidad del asfalto La durabilidad de un cemento asfáltico está determinada por el envejecimiento que sufre el material. Este envejecimiento se debe principalmente a dos factores: el proceso de mezclado en caliente en una planta de mezclado y la acción del medio ambiente durante el servicio.
El ensayo RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) muestra la calidad que tiene el asfalto después de fabricar la mezcla asfáltica en caliente. Al asfalto así envejecido sele realizan ensayos que buscan conocer el cambio cuando se fabrica la mezcla en caliente. Con esto, se conocen las propiedades y comportamiento del mismo en el momento en que empieza a desempeñarse como pavimento.
• Ensayos para conocer la pureza del asfalto El cemento asfáltico obtenido de refinería tiene un porcentaje muy pequeño de impurezas como sales, carbón libre, impurezas orgánicas. Estas se deben determinar mediante el ensayo de solubilidad para quelas propiedades del asfalto no se vean deterioradas.
• Ensayos de seguridad Es muy importante determinar a qué temperatura puede calentarse el cemento asfáltico sin peligro de incendio, pues si se sobrepasa esta temperatura, podrían producirse vapores que en presencia de alguna de chispa se pueden incendiar.
• Ensayo de punto de inflamación El punto de inflamación corresponde a la temperatura a la que se puede calentar el cemento asfáltico con seguridad, sin peligro a que se inflame en presencia de llama. Sirve como prueba de seguridad en la operación de las plantas productoras de mezcla asfáltica en caliente.
Propiedades o Características del Cemento Asfaltico
Las propiedades físicas más importantes del cemento asfáltico, que son tenidas en cuenta en el diseño, construcción y mantenimiento de carreteras, son:
Durabilidad
Indica qué tanto permanecen en un cemento asfáltico sus características cuando es expuesto a procesos normales de degradación y envejecimiento.
Adhesión y cohesión
Adhesión es la capacidad del cemento asfáltico para adherirse al agregado e n la mezcla de pavimentación. Cohesión es la capacidad del cemento asfáltico de mantener firmemente, en su puesto, las partículas de agregado en el pavimento terminado.
Consistencia
Para caracterizar a los asfaltos es necesario conocer su consistencia a distintas temperaturas, porque son materiales termoplásticos que se licúan gradualmente al calentarlos. Consistencia es el término usado para describir el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura dada. Para poder comparar la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro, es necesario fijar una temperatura de referencia.
Pureza
El cemento asfáltico se compone, casi enteramente, de betunes, los cuales, por definición, son solubles en bisulfuro de carbono. Los asfaltos refinados son, generalmente, más de 99,5 por ciento solubles en bisulfuro de carbono y por lo tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son inertes.
Normalmente, el cemento asfáltico, cuando deja la refinería, está libre de agua o humedad, pero puede haber humedad en los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, puede causar espumas al asfalto cuando se calienta por e ncima de los100ºC (212°F).
Seguridad
El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente elevadas, despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama. La temperatura a laque esto ocurre es más elevada que la temperatura normalmente usada en las operaciones de pavimentación. Sin embargo, para tener la certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de inflamación del asfalto. Asfaltos Cortados
Los asfaltos cortados son : diluciones de cementos asfálticos en solventes volátiles
derivados del petróleo, estas diluciones son de consistencia más fluida, es decir poseen una menor viscosidad, y su característica menos viscosa hace que se salga del rango e n que se aplica el ensayo de penetración, el cual posee como límite máximo el valor de 300.El uso de solventes es proporcionar trabajabilidad al asfalto para ser mezclado con agregados a bajas temperaturas, luego de esto el solvente se evapora, dejando el residuo asfáltico que envuelve y cohesiona los áridos en la mezcla final.
De acuerdo al fluidificante, más o menos volátil, e stos asfaltos se dividen en:
Asfaltos cortados de curado rápido
Cuyo fluidificante es bencina, se designan con las letras RC (Rapid Curing) seguidas con un número que indica el grado de viscosidad cinemática que tienen, medida en centistokes. De acuerdo a esto se tienen los siguientes asfaltos RC:
Grado Residuo asfaltico en volumen
RC-70 55% RC-250 65% RC-800 75% RC-3000 80%
Asfaltos cortados de curado medio Grado Residuo asfáltico en volumen
MC-30 50% MC-70 55% MC-250 67% MC-800 75% MC-3000 80% Cuyo fluidificante es kerosene, se designan con las letras MC (Medium Curing) seguidas con el número correspondiente a la viscosidad cinemática que tienen. Los asfaltos MC son los siguientes:
Asfaltos líquidos o de curado lento Cuyo fluidificante era aceite, relativamente poco volátil, se designaban con las letras SC (Slow Curing) seguidas con el número correspondiente a la viscosidad cinemática que tienen. Los SC más usados fueron SC-70 y SC.250.
Emulsiones Asfálticas
Las emulsiones asfálticas corresponden a un asfalto líquido cuyo fluidificante es el agua. Estos dos líquidos inmiscibles conforman una mezcla en la cual uno de ellos se dispersa en el otro, en forma de gotas diminutas, denominándose al primero fase dispersa (Asfalto) y al segundo fase continua (Agua).
Los agentes emulsificantes forman una película protectora alrededor de los glóbulos de asfalto estableciéndoles una determinada polaridad en la superficie, lo que hace que estos se repelan, manteniéndose estable la emulsión. Cuando una emulsión se pone en contacto con el agregado se produce un desequilibrio eléctrico que rompe la emulsión llevando a las partículas de asfalto a unirse a la superficie del agregado, y el agua fluye o se evapora separándose de las piedras recubiertas por el asfalto. Hay agentes emulsificadores que permiten que esta roturado quiebre sea instantáneo y otros más poderosos que retardan este fenómeno.
Composición de las Emulsiones Asfálticas
Una emulsión asfáltica está formada por tres ingredientes: asfalto, agua y un emulsor, aunque en algunos caso puede contener otros adictivos, como estabilizantes, mejoradores de adherencia o controladores de rotura. Como es bien conocido el agua y el aceite no se mezclan excepto en condiciones bien controladas empleando equipos especializados y adictivos químicos para lograr la dispersión estable del cemento asfaltico en el agua, suficientemente estable para que prueba ser bombeada, almacenada durante tiempo prolongado y mezclada; más aun, la emulsión deberá romper rápidamente al entrar en contacto con el agregado en un mezclador o al ser distribuido sobre la cancha.
Clasificación de las emulsiones Asfálticas Se dividen en tres categorías:
- Anicónicas - Catatónicas - No iónicas.
Las denominadas anicónicas y catatónicas, se refieren a las cargas eléctricas que rodean a las micelas del asfalto y que se basa en la ley de electricidad que dice: las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen. Las emulsiones no iónicas, quizás pueden ganar importancia a medida que la tecnología de las emulsiones avancen.
Las dos primeras se utilizan en la construcción y mantenimiento de carreteras. Las del tipo anicónico fueron las primeras emulsiones creadas por 1920. Las catiónicas son las emulsiones "modernas" que se utilizan actualmente con excelentes resultados en todo el mundo.
Las emulsiones asfálticas se clasifican de acuerdo a la rapidez en que el asfalto se separe del agua (coalescencia o rotura; cambio de col or de marrón a negro):
- Catiónica de Rotura Rápida CRR - Catiónica de Rotura Media CRM - Catiónica de Rotura Lenta CRL - Catiónica de Rotura Lenta del tipo Super Estable CSE -
Catiónicas de Rompimiento Rápido CRR
Estas se utilizan para riegos de liga y carpetas por el sistema de riegos (con excepción de la emulsión conocida como ECR-60), la cual no se debe utilizar en la elaboración de estas últimas.
Catiónicas de Rompimiento Medio CRM
Estas normalmente se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de finos es menor o igual al 2%, así como en trabajos de conservación tales como bacheos, renivelaciones y sobrecarpetas.
Cationicas de Rompimiento Lento CRL
Estas se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta y para estabilizaciones asfálticas.
Ventajas de Modificar el Cemento Asfaltico con Polímeros
• Disminuye la susceptibilidad térmica • Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio, reduciendo el ahuellamiento. • Se obtienen mezclas más dúctiles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento.
• Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor
tendencia a fluir y su mayor elasticidad. • Mayor elasticidad, Mayor adherenc ia, Mayor cohesión, Mayor durabilidad
• Mejora la vida útil de las mezclas. • Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado. • Mayor resistencia ante los derrames de combustibles. • Mayor resistencia a la flexión
Tipos de Asfaltos Utilizados y su Aplicación para Mezclas Asfálticas Caliente. Dependiendo del proyecto, según la zona de aplicación de la mezcla, los cementos asfálticos que normalmente se emplean son del tipo C.A. 60/80, C.A. 80/100, C.A.
elastomérico del tipo Bitucret 60/80. Los cementos asfálticos (C.A.) 60/80 y C.A.
80/100 se ocupan preferentemente en las capas inferiores; en la capa de rodado además de éstos, se usan también asfaltos modificados con y sin elastómeros, del tipo Bitucret 60/80 o Mobil Multigrado. La penetración más adecuada que debe poseer el cemento asfáltico, depende de varios factores: _ Tipo de aplicación. _ Características y graduación del agregado pétreo. _ Condiciones climáticas. Las viscosidades más altas, que se obtienen a menores temperaturas, para los distintos tipos de cemento asfáltico, deben relacionarse de modo de asegurar uncubrimiento adecuado del agregado pétreo y latrabajabilidad apropiada para mezclar, esparcir y compactar la mezcla. La banda de viscosidades para la determinación de te mperaturas de calentamiento de los cementos asfálticos, para un correcto cubrimiento del agregado durante el proceso de mezclado, varía entre 1.6-2.0. Para el C.A. 60/80 esta temperatura varía entre 145 y 155°C; en los asfaltos modificados Bitucret 60/80 y Mobil Multigrado AG esta temperatura es superior a la mencionada en alrededor de 10°C a 15°C. La temperatura de compactación recomendable, obtenida de la relación viscosidad-temperatura, es aquella en que el cemento asfáltico tiene una viscosidad entre 2.8-3.2 ps. Para el C. A. 60/80 esta temperatura es del orden de 140°C y 150°C respectivamente para iniciar la compactación
