EMULSIONES ASFALTICAS
Jorge R. Escalante Zegarra
Emulsiones Una emulsión puede ser definida como la dispersión de pequeñas partículas de un liquido en otro. La emulsión puede ser formada por dos líquidos inmiscibles donde generalmente la fase continua es el agua. Muchas emulsiones son de aceite/agua, con grasas alimenticias como uno de los tipos más comunes de aceites encontrados en la vida diaria. Ejemplos de emulsiones incluyen la mantequilla la margarina, la leche, la crema, la mayonesa etc. En el caso de la mantequilla y la margarina, la grasa rodea las gotitas de agua (es una emulsión de agua en aceite); en la leche y la crema el agua rodea las gotitas de grasa (es una emulsión de aceite en agua). El proceso en el que se preparan las emulsiones se llama emulsificación.
Emulsiones alrededor de casa
DISPERSION HOMOGENEA DE DOS LIQUIDOS INMISCIBLES, DEBIDO A LA PRESENCIA DE ENERGIA MECANICA Y EMULSIFICANTE
Emulsiones
Aceite en Agua
Agua en Aceite
Agua en Aceite en Agua
Emulsiones Asfálticas Las emulsiones asfálticas son mezclas de cementos asfalticos dispersos en una fase acuosa, son producidos através de un proceso mecánico de alta capacidad de corte en molinos coloidales. El tamaño de los glóbulos de asfalto varia de 0.001 a 0.020 mm. la producción de las emulsiones tuvo inicio en la ciudad de Lutterbach, en 1905, con el químico Emile Feigel. En 1951 la ESSO en Francia da un paso importante en la utilización de este producto, cuando coloca a disposición del mercado las emulsiones catiónicas. Actualmente el mayor consumidor de emulsiones asfálticas en el mundo es los EEUU, con 2.500.000 toneladas anuales, seguido por Francia con 1.010.000 toneladas .
Cantidad de Emulsión asfáltica utilizada
Emulsiones Asfálticas
Asfálto Agua
Formulación de las Emulsiones Asfálticas La formulación de la emulsiones asfálticas se realiza de acuerdo al tipo de ruptura y carga que se quiere obtener. Esto depende básicamente del uso al cual estará destinado Los componentes básicos de una emulsión asfáltica son: Cemento asfaltico. Agua Acido Clorhídrico Emulsificante Aditivos Estos componentes básicos pueden variar en un mismo tipo de emulsión dependiendo de cada solución especifica. La formulación de una emulsión debe ser única para cada diseño que se realiza.
Emulsificantes •
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Cualquier substancia que altere la relación de energía en una interface. Compuestos orgánicos que desarrollen actividad superficial. Ejemplo: detergentes, agentes humectantes, agentes dispersantes
Tipos de emulsificantes
Emulsificante Catiónico
Estabilidad de la Emulsión Catiónica
Emulsificante Anionico
Estabilidad de la Emulsión Anionica
Dinámica durante el proceso de emulsificación
Surfactantes en la fase intermedia
Tamaño de las moléculas de los emulsificantes
Contraiones se difunden en la fase acuosa dejando la superficie asfaltica con carga positiva
Carga de partícula de la Emulsión Catiónica
Anionica
Repulsión
Repulsión
Atracción
Positiva - catiónica Negativa - aniónica No carga - no-iónica
Determinada por el tipo de emulsificante
Clasificación de las Emulsiones Asfálticas Las emulsiones son clasificadas en función del tiempo necesario para que ocurra la separación de la fase acuosa de la fase del asfalto, del contenido de asfalto y de la carga iónica.
Velocidad de Rotura
Rapida
Media
Lenta
Factores que afectan la ruptura y curado El proceso de ruptura ocurre cuando la emulsión entra en contacto con el agregado. La velocidad con que ocurre esta separación depende de: Reactividad del agregado •
Area y carga superficial, quimica superficial
Química del filler (Cemento o Cal) Reactividad de la emulsion Química del emulsificante, concentración Otros aditivos Viscosidad del asfalto Acidez del asfalto Temperatura, humedad y velocidad del viento Tratamiento mecánico (e.g. Compactación) •
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•
Posibles etapas en la ruptura de una emulsión catiónica
Clasificación de las emulsiones asfálticas Tipos de emulsiones
Catiónica Anionica
Rápida / Riegos
CRS
RS
Media
CMS
MS
Lenta
CSS
SS
Rápida - Mezclas
CQS
Prime
CP
Aplicaciones Tratamientos superficiales Riegos de liga Mezclas abiertas, bacheos, parches Mezclas densas, lechadas, Slurry seal
Slurry seal Micro-pavimentos Imprimación
Composición de las emulsiones asfálticas
Cemento asfáltico 60% ó 65% (A.- Modificación con polímeros tipo SBS o SBR)
Agua potable Solución Jabonosa 40% ó 35%
Emulsificante Acido Clorhidrico (B.- Modificación con polímeros tipo SBR)
Nomenclatura ASTM de las emulsiones cationica
r u p t u r a r ap i d a
CRS-2 cationica
r u p t u r a l en t a
CSS-1h Cationica
a s f al t o d u r o 60% asfalto
CSS - 2p Rup tura lenta
65% asfalto
c o n p o l i m e ro
65% asfalto
Especificaciones de las Emulsiones Asfálticas
NTP 321.059 - 2002
NTP 321.141 - 2003
Producción de las Emulsiones Asfálticas En el proceso de emulsificación es importante que se promueva el corte del cemento asfaltico en partículas micrométricas y que el mismo quede disperso en el medio acuoso. para promover el corte del CAP es aplicada energía térmica y mecánica atraves del molino coloidal, obteniéndose una emulsión de asfalto en agua bien homogénea.
Cemento asfáltico Molino Coloidal
Solución jabonosa
Emulsión Asfaltica
Emulsiones Asfálticas Comerciales N°
Tipo de producto
Especificación
01
Emultec CRS-1
ASTM D 2397-2005
02
Emultec CRS-1P
NTP 321.141-2003
03
Emultec CRS-1HP
NTP 321.141-2003
04
Emultec CRS-2
ASTM D 2397-2005
05
Emultec CRS-2P
NTP 321.141-2003
06
Emultec CRS-2HP
NTP 321.141-2003
07
Emultec CSS-1
ASTM D 2397-2005
08
Emultec CSS-1H
ASTM D 2397-2005
09
Emultec CSS-1P
NTP 321.141-2003
10
Emultec CSS-1HP
NTP 321.141-2003
11
Emultec CMS-2
ASTM D 2397-2005
12
Emultec CMS-2H
ASTM D 2397-2005
13
Emultec CMS-1P
NTP 321.141-2003
14
Emultec CMS-2HP
MTC EG 2013
15
Emultec CQS-1H
ASTM D 2397-2005
16
Emultec CQS-1HP
ISSA A143-2010
17
PRIMETEC
Internacional
Ensayos y pruebas en las Emulsiones Asfálticas •
Ensayo de carga de partícula
•
Ensayo de tamaño y distribución de partícula
•
Viscosidad de la emulsión (Saybolt Furol)
•
Ensayo de demulsibilidad (velocidad de ruptura CRS)
•
Prueba de sedimentación
•
Ensayo de mezcla con cemento
•
Prueba de malla # 20
•
Capacidad de recubrimiento y resistencia al agua (CMS)
•
Pruebas de residuo
Carga de partícula de la emulsión
Positiva - catiónica Negativa - aniónica No carga - no-iónica
Distribución y tamaño de partícula
Ensayos en Emulsiones
Residuo por Evaporación
Viscosidad Saybolt Furol
Tamizado
Estabilidad al almacenamiento
50 ml
% CEMENTO ASFÁLTICO (1)
EN REPOSO 1 DIA, 5 DIAS
50 ml
% CEMENTO ASFÁLTICO (2)
500 ml SEDIMENTACION = % R.A.(2) - % R.A.(1)
Ensayos al residuo de la Emulsión
Recuperación Elástica Torsional
Ductilidad
Penetración
Recomendaciones para la manipulación
Evitar el trasiego de emulsión en tanques o cisternas donde exista residuos o que la cantidad no sea medible, de cemento asfáltico, asfalto diluido, aceite residual, petróleo crudo o emulsión aniónica (contaminación, rotura). Evitar la exposición de la emulsión a temperaturas por debajo de 10°c y por encima de 85°c (rotura). Exceso de recirculación u agitación puede generar la rotura de la emulsión. Corte excesivo por bombeo o agitación Contacto con materiales incompatibles, cationica vs anionica, solventes o otros productos de petroleo
Transporte
Camiones cisternas adecuados Motor para descarga y/o recirculación Divisiones internas para evitar rompimiento prematuro por exceso de movimiento Quemador para calentamiento
Almacenamiento
Almacenamiento correcto
incorrecto
Almacenamiento
Almacenar las emulsiones por tipo de rotura y procedencia (evita contaminación)
Evitar el bombeo excesivo, la recirculación, así como el trasegado excesivo .
En época de invierno donde se pueda producir congelamiento drenar las bombas, tuberías y válvulas y llenar estas con un agente anticongelante recomendado por el fabricante. Cuando se calienta la emulsión esta debe ser agitada para evitar la formación de una nata en la superficie. Almacenar en tanques verticales
Principales ventajas de las Emulsiones Asfálticas
Presenta afinidad con todos los tipos de agregados eliminando el uso de mejoradores de adherencia. Posibilidad de utilizar con agregados húmedos. Permite el almacenamiento a temperatura ambiente Elimina el riesgo de incendios o explosiones Evita el riesgo de accidentes por quemaduras No generan vapores tóxicos y poluentes preservando el medio ambiente Hace posible la producción de grande volúmenes de mezcla a bajo costo y fácil operación. Evita la oxidación del ligante asfaltico Evita emisiones de compuestos volátiles orgánicos (VOC)
Versatilidad de uso
Mezclas abiertas
Para acopio Mezclas hechas in-situ
Reciclado
Fresado (produccion RAP) Reciclado en frio Reciclado a profundidad total
(slurry seal)
Sellado de fisuras De apertura lenta al trafico De apertura rapida al trafico Modificados con polimeros
Micro-pavimentos (micro-surfacing)
Tratamientos superficiales Riego de liga Sellado de fisuras
Morteros asfalticos
Recuperacion de perfiles Carpeta de rodamiento
Mezclas para bacheo
Mezcla Arena-emulsion Estabilizacion de suelos
Riegos
Carpetas en frio
Carpetas en frio
Mezclas densas
Apertura rapida al trafco Recuperacion de huellamientos
Imprimación
Para de bases granulares y estabilizadas con cemento o emulsion
Mezclas en frío •
Densas
•
Abiertas
•
Con arena
•
Con suelo nativo (estabilización de suelos)
Proceso de producción de mezcla en frío
Reciclado en Frío de carpetas asfalticas El reciclado en frio “in-situ” resuelve, con excelente costo benefício, un gran número de problemas. El proceso permite la remoción de fisuras de fatiga del revestimiento envejecido, recupera la sección transversal de la via, conserva los dispositivos de drenaje y mejora o corrige la granulometria de la mezcla. Estas características elevan la calidad del pavimento con la reutilizacion de los materiales existentes, minimizando la inclusión de nuevos y reduciendo el tiempo de cierre de la via. El resultado es una nueva y suave superfície de rodadura.
Porque reciclar
El reciclado deve ser considerado como uma alternativa de rehabilitación cuando un pavimento alcanza el fin de su vida util, cuando presenta fisuramiento por fatiga, desagregación y baches. Permite reutilizar materiales que ya cumplieron su ciclo de vida (carpetas asfálticas envejecidas y fatigadas) El reciclado en frío con emulsiones asfálticas, ya sea solas ó en combinación con cemento ó cal permite grandes beneficios económicos (ahorros) en materiales y energía. Es una solución amigable con el medio ambiente.
Cuando reciclar
La superfície necesita de recuperación (existe fisuramiento medio a severo) Estrutura adecuada (FWD) Espesor de la MAC o MAF es mayor que 5 cm Revestimento asfáltico oxidado (muchos años bajo transito) Disponibilidad de equipos adecuados para este trabajo
Acabado Final Micropavimento en frio
Reciclado a Profundidad
Permite reutilizar materiales que ya cumplieron su ciclo de vida (carpetas asfálticas envejecidas fatigadas y bases granulares) Capas a nivel profundo en carreteras, pueden ser recicladas in-situ, ya sea por una planta móvil especialmente diseñada o por una recicladora. Es una solución amigable con el medio ambiente.
(Base estabilizada con emulsiones)
Carretera Pativilca Conococha Huaraz Molino pampa – Full Depth
Riego de Liga (Tack Coat) Se aplican para proveer unión entre la superficie existente y la mezcla asfáltica nueva. Se utiliza una emulsión de rompimiento rápido en aplicación directa de 0.4 a 0.5 litros/m2.
Tratamiento Superficial (Chip Seal)
El ligante (Asfalto, Asfalto modificado con polímeros ó Emulsión Asfáltica) es esparcido sobre la superficie del camino (base granular, pavimento existente de asfalto) e inmediatamente se esparce y compacta una capa de gravilla. El proceso puede ser repetido en varias capas, disminuyendo el tamaño de la gravilla con cada nueva aplicación.
Tratamiento Superficial (Chip Seal) Usos granulométricos para tratamientos superficiales:
Cantidades aproximadas de materiales para Tratamiento Superficial Múltiple
Proceso constructivo El quipo de trabajo básico utilizado es un camión distribuidor de asfalto, una gravilladora, un rodillo tándem, un rodillo neumático y una escoba mecánica. Para el abastecimiento del material se utiliza un cargador frontal, camiones volquetes y un camión de ligante asfaltico con sistema de calentamiento propio.
Proceso constructivo La aplicación del TSB se realiza en tramos. La aplicación se realiza por carriles realizando un adecuado control de transito.
Proceso constructivo
Proceso constructivo
Proceso constructivo
Proceso constructivo
Proceso constructivo
Proceso constructivo
Tratamiento superficial concluido
Tratamiento superficial concluido
Slurry Seal Se logra poco o ningún incremento estructural (NO SE CONSIDERA APORTE ESTRUCTURAL) Deben de ser consideradas para aquellos pavimentos que poseen capacidad de carga remanente, necesaria para soportar las cargas de diseño vehicular. Se utilizan como capa de rodadura en caminos de bajo volumen de transito t ransito Se utilizan como un sello superficial para corregir irregularidades tales como pérdida de propiedades anti-derrapantes (alisamiento), oxidación y desprendimientos desprendimientos en pavimentos. pavimentos. Han mostrado buenos resultados para mejorar las características características de fricción superficial, recuperación de ahuellamientos y pequeñas irregularidades, en vías tanto de alto como de bajo volumen de tráfico. •
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Slurry Seal Usos granulométricos para Slurry Seal:
Tasa referenciales y tipo según localización del proyecto:
Slurry Seal Agregados finos con una granulometría densa son mezclados con emulsión CSS y agua para formar un m morter ortero o que es esparcido sobre la superficie del camino. Es una mezcla rica en asfalto, que se puede aplicar en rutas nacionales, provinciales, zonas urbanas, aeropuertos, áreas de estacionamiento, estacionamiento, etc. Rango de espesor: 3-30 mm
SLURRY SEAL TIPO II
Mortero asfáltico en Lima Perú - Av. Las Begonias
Micro-pavimento El Micro-pavimento asfáltico a Frío (MPAF) es un sistema que combina la tecnología de las emulsiones asfálticas modificados con polímeros (SBR o SBS) con las ventajas de fácil aplicación, rápida cura y abertura al tráfico debido al uso de emulsiones de rotura controlada (CQS). La suma de estas características resultan en un sistema alternativo de alto desempeño, durable y económico en términos de costo/beneficio para prolongar la vida útil de los pavimentos.
Micropavimentos
Mortero asfáltico formulado con emulsiones asfálticas modificadas con polímeros (CQS). Puede ser aplicado en varias capas, permitiendo corregir deformaciones, ahuellamientos, pequeños baches de hasta 40 mm. Apertura al tráfico de 60 minutos.
Aplicación en obra
Aplicación en obra
Aplicación en obra
Aplicación en obra
Aplicación en obra
Aplicación en obra
Imprimación (Prime Coat) Se aplica para proteger la base del intemperismo y generar un puente de adherencia entre la base y la siguiente capa asfáltica. En la aplicación de la emulsión para imprimación (PRIME), se debe tener los mismos cuidados que en la aplicación del ADP (MC-30). La base debe estar preparada para recibir la imprimación, compactada, seca y libre de partículas sueltas y polvo.
El camión imprimador debe estar libre de otros productos y debidamente calibrado (altura de la barra y el ángulo de inclinación de las boquillas). No existe necesidad de calentar o diluir para su uso.
Ventajas de la emulsión para Imprimación Es una emulsión que posee algunas características que lo convierten en un producto único: Gran facilitador de la aplicación de una nueva capa asfáltica; Presenta buena penetración en bases granulares; Fácil aplicación con liberación en un plazo máximo de 12 horas; Tasa de aplicación de 0,8 a 1,3 litros/m2, dependiendo del tipo de base; Aplicación a temperatura ambiente y con equipos convencionales; Sustituye el uso del MC-30 evitando la liberación de solvente para el medioambiente; Bajo olor y libre de solventes; Producto ecológicamente correcto.
Imprimación con Emulsión Asfáltica
Aplicación de riego de imprimación con PRIME sobre una base granular a una tasa de 1.2 litros/m2
Imprimación con Emulsión Asfáltica
Imprimación después de 24 horas de aplicado en base granular (se observa el 100% de
PRUEBA COMPARATIVA
ASFALTO DILUIDO MC-30 VS EMULSION DE IMPRIMACION ®
Delimitación del área de pruebas (1m2 para cada uno de los productos probados )
Área de prueba para la emulsión de imprimación PRIME (1m2)
Producto: Emulsión para Imprimación PRIME
Medida de la Tasa de aplicación: Emulsión para Imprimación PRIME (1 litro/m2)
Aplicación de la Emulsión para Imprimación PRIME (1 litro/m2)
Área de prueba para el asfalto diluido MC-30 (1m2)
Producto: Asfalto diluidoMC-30
Medida de la Tasa de aplicación: Asfalto Diluido MC-30 (1 litro/m2)
Colocación del Asfalto Diluido MC-30 en recipiente para calentamiento (1 litro/m2)
Calentamiento del Asfalto Diluido MC-30 hasta una temperatura de 70°C (1 litro/m2)
Aplicación del asfalto diluido MC-30 (1 litro/m2)
Vista de las pruebas de imprimación realizada con emulsión para imprimación PRIME y asfalto diluido MC-30, en ambos casos se utilizo una tasa de aplicación de 1 litro/m2
Vista de las pruebas de imprimación realizada con Emulsión para imprimación y asfalto diluido MC-30, después de 30 minutos de la aplicación
Vista después de 2 horas de la aplicación, la emulsión presenta más del 60% de penetración y el MC-30 menos del 20%
Prueba de Impermeabilización en la base imprimada por la emulsión de imprimación PRIME.
Prueba de Impermeabilización en la base imprimada con asfalto diluido MC-30.
