IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

1. IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS CARLOS ALBERTO PAREJA URIBE Químico, Magister en Química Especialista en Asfalto para Pavimento

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. Aromáticos: • Masa molecular media, compuestos no polares • Mayor componente en los asfaltos • 40 - 65 % IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

8. 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

9. Asfaltenos ESTRUCTURA COLOIDAL DEL ASFALTO Asfalto duro Asfalto blando Resinas Cíclicos Saturados IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

10. ESTRUCTURA COLOIDAL DEL ASFALTO IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

11. 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

12. 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

13. IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

14. FORMACIÓN DE ESTRUCTURAS COLOIDALES POR TEMPERATURA Sd Sv IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. INFLUENCIA DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDADES FÍSICAS IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

29. 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

31. 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

32. DE HEUKELOM Se utiliza el nomograma de heukelom • PUNTO DE ABLANDAMIENTO Y PENETRACIÓN IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS

33. (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 IMPORTANCIA DE LA QUIMICA DEL ASFALTO EN SUS PROPIEDAES FÍSICAS