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EFECTO DE LA RELACIÓN AROMÁTICO/ASFALTENO EN LA
COMPOSICIÓN DEL ASFALTO MODIFICADO CON COPOLÍMERO SB EN
PROPIEDADES DE ADHERENCIA Y FLUJO.
Gabriel Hernández Zamora. Dynasol. Km. 28.5 Carretera Tampico-Mante, Altamira,
Tamaulipas, México. C.P. 89602. E-mail: [email protected]
RESUMEN.
El asfalto presenta una composición compleja con una diversidad de compuestos, sin
embargo, algunas técnicas analíticas como el Iatroscan permiten separar sus componentes
en cuatro fracciones principales como Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos.
Mediante este tipo de técnicas se puede definir una relación que define el cociente entre
las fracciones Aromáticos/Asfaltenos, la cual permite tener una directriz sobre el
comportamiento de flujo y facilidad para su modificación con el uso de polímeros,
particularmente copolímeros de estireno-butadieno. El uso de diferentes copolímeros donde
se varía su estructura en asfaltos con diferentes composiciones permite ver que las
propiedades de flujo y adherencia pueden verse afectadas o favorecidas dependiendo de la
composición del asfalto y el tipo de polímero modificador, donde en términos generales,
cuando el asfalto es mas aromático se observan menores temperaturas de compactado y
mezcla (definidas por la curva viscosidad ( ) versus Temperatura (T)), mayor flujo a la
misma temperatura que asfaltos con menor contenido de dichas fracciones aromáticas y
mejores compatibilidades en la dispersión del polímero modificador seguida por
microscopía de fluorescencia. Un caso particular de estudio se realiza cuando un asfalto
duro de alto contenido de asfaltenos y bajo contenido de aromáticos se modifica con una
mezcla de estructuras SB y SBS combinadas para que el asfalto modificado resultante
presente adecuado flujo, facilidad de dispersión del polímero sin requerir la ayuda de
agentes de dispersión o mejoradores de adherencia y particularmente buena estabilidad a la
separación de fases; así como adecuados valores de módulo de corte reológico (G* / sen )
para alcanzar grados de desempeño PG 76-22.
INTRODUCCIÓN.
El asfalto es el ligante por excelencia usado para construcción de pavimentos que se
combina con materiales pétreos de diferente naturaleza para dar origen a lo que en el
lenguaje de construcción se denomina concreto asfáltico, el cual compite frente al concreto
hidráulico tradicional brindando ventajas tanto de facilidad de construcción, así como
factores de confort y seguridad para los usuarios de estas carreteras. Por ejemplo, en sus
principales ventajas destaca el hecho de poder diseñar un pavimento acorde a las
necesidades climáticas tanto en para climas fríos como calientes, mientras que el concreto
hidraúlico presenta fallas en temperaturas frías, también el concreto asfáltico permite
mediante el uso de polímeros atenuar el ruido por rodamiento y mejorar el coeficiente de
fricción de frenado de los neumáticos, superando en gran medida al concreto hidráulico.
2
No obstante de que el asfalto es un material excepcional con amplio espectro de aplicación
en la industria de pavimentos, su composición química es bastante compleja, de tal forma
que el control de calidad de materiales es difícil de definir por una composición elemental
constante, y debido a esto el control durante su producción se hace preferentemente por su
grado de penetración o por su viscosidad.
En materia de investigación sin embargo, una técnica analítica está adquiriendo cada vez
más interés. Esta técnica se conoce como técnica SARA del analizador Iatroscan. Las
siglas SARA hacen alusión a las fracciones de componentes: Saturados, Aromáticos,
Resinas y Asfaltenos del asfalto; siendo los tres primeros a su vez los que integran la
fracción malténica.
El principio de operación del equipo Iatroscan se fundamenta en una separación de los
componentes del asfalto a través una elución de la muestra de asfalto por tubos capilares
rellenos de silica, y mediante diferentes disolventes se pueden separar los componentes
aplicacando un principio similar a la cromatografía de capa fina. Estas fracciones
separadas se pirolizan mediante un equipo detector de ionización por flama que emite una
señal que integra la pirolisis de los diferentes materiales conforme a su tiempo de elución
del capilar. La figura 1 nos presenta un cromatograma típico de un análisis Iatroscan para
un asfalto AC-20.
De las fracciones analizadas, los asfaltenos son los de mayor peso molecular y complejidad
estructural. Debido a estos, el asfalto puede ser mas viscoso o “pesado” como se le conoce
en el lenguaje petroquímico. La figura 2 nos presenta diferentes estructuras de las
fracciones analizadas por Iatroscan.
Cuando se habla de que las fracciones asfalténicas influyen en la viscosidad del asfalto,
inmediatamente se hace alusión a propiedades de flujo del material, entendiendo por flujo
la trayectoria que sigue un material, en este caso el asfalto, de un punto a otro y que se ve
influenciada por la temperatura, la presión y la concentración del material. De hecho, la
relación de estas variables se ha expresado en diferentes ecuaciones como por ejemplo la
ecuación (1) de Poiseuille (1842), que permite calcular la viscosidad de un flujo laminar:
= ________r t P4
8 L V…………. Ec. (1)
Donde:
= Viscosidad del material a una temperatura definida.
r = radio de un tubo de longitud L.
V = Volumen de líquido que fluye por el capilar.
t = Tiempo en el que se llevó a cabo el flujo del material.
P = Presión aplicada.
Los asfaltenos definitivamente influyen en el aumento de la viscosidad y en consecuencia
en la reducción del flujo del asfalto; sin embargo, la contraparte de la composición del
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asfalto que más influye en reducir la viscosidad y aumentar el flujo es la fracción
aromática. Debido a que la mayor parte de estructuras asfalténicas son aromáticas de muy
alto peso molecular, las fracciones aromáticas ligeras las humectan, dando lugar a lo que en
el leguaje petroquímico se denomina “fluxar” y de esta manera dispersar o diluir estas
fracciones asfalténicas haciéndolas más fácil de fluir. Por ello en este trabajo se propone
manejar una relación aromático/asfalteno que se define a lo largo de este trabajo como
(letra griega fi), de tal forma que a medida que el contenido de asfaltenos es más alto en
la composición del asfalto, es menor.
La importancia de encontrar algunos parámetros y métodos de medición que nos indiquen
cómo se comportan los asfaltos como ligantes de pavimentos es fundamental debido a que
no todos los asfaltos que en teoría corresponden a una calidad (por ejemplo los asfaltos
mexicanos grado AC-20), muestran el mismo comportamiento, y esto puede impactar por
ejemplo en aplicaciones como por ejemplo la temperatura de compactación y la
temperatura para hacer la mezcla tipo HMA.
Llama por ejemplo la atención, que de algún par de años a la fecha se ha hecho popular el
tener asfaltos de penetración “zero” (producto del residuo de crackers que extraen del
asfalto todas las fracciones aromáticas), que posteriormente son fluxados con aditivos
aromáticos para alcanzar un comportamiento un poco parecido a un grado de asfalto que
puede ser tipo AC-20, pero que sin embargo, exhiben temperaturas de mezclado y
compactación muy diferentes a las observadas en asfaltos convencionales donde
normalmente sus viscosidades son mayores a las observados en asfaltos convencionales.
El caso se complica cuando se habla de asfaltos modificados con polímeros, pues a medida
que los asfaltos son más pesados, es más difícil llevar a cabo su modificación y obtener
grados PG (de SUPERPAVE) con facilidad. En este trabajo, también se expone un estudio
comparativo de diferentes asfaltos modificados con un elastómero SBS radial de alto peso
molecular, y el uso de una mezcla elastomérica de un SBS lineal mas SB di-bloque de peso
molecular medio que permite modificar asfaltos más pesados de una manera más simple.
En el caso de asfaltos convencionales, el protocolo AMAAC y el método ASTM D2493
establecen que la temperatura de mezclado de un asfalto usado para HMA deberá andar en
el punto donde la viscosidad del mismo se mueve en el intervalo de 0.15 a 0.19 Pa.s,
mientras que para la temperatura de compactación deberá andar en el intervalo de 0.25 a
0.31 Pa.s. Sin embargo, cuando el asfalto proviene de un asfalto de zero penetración
fluxado, estos intervalos no funcionan, y en el caso de los asfaltos modificados los límites
de viscosidad tienden a ser más altos.
Por todo lo anterior comentado es importante conocer el asfalto del cual se parte y ver
cómo se comportan en su estado convencional y en su estado modificado a fin de obtener
criterios para poderlos procesar en las diferentes etapas durante la construcción del
pavimento.
4
MATERIALES.
Para este trabajo se utilizaron 5 asfaltos de referencia con las siguientes propiedades que se
describen en la tabla 1.
Estos asfaltos virgenes fueron modificados con dos tipos de elastómeros, por un lado, un
polímero elastomérico tipo SBS radial de alto peso molecular (Mw = 365,000 Daltons) y
por otro lado una mezcla de polímeros que combina una estructura de SBS lineal con una
fracción de polímero SB dibloque constituyendos ambos una mezcla elastomérica de peso
molecular medio (Mw = 175,000 Daltons). Los tipos de estructuras mencionados, se
describen en la figura 3.
Para llevar a cabo la modificación de los asfaltos se usa un agitador de alto esfuerzo de
corte marca ROSS modelo ML100 a 2500 rpm y temperaturas de 190 + 5°C. El polímero
se agito hasta lograr su dispersión siguiéndola mediante microscopía de fluorescencia,
usando un microscopio Zeiss modelo Axiotec con un objetivo de 20X. El contenido de
polímero utilizado fue de 2.5% peso/peso en la mezcla polímero-asfalto. Una vez disperso
el polímero se adicionó un aditivo de entrecruzamiento y se dejo agitar la mezcla por 45
minutos adicionales a las mismas condiciones de agitación y temperatura.
RESULTADOS.
La tabla 2 presenta los resultados de propiedades de los asfaltos modificados con los
polímeros seleccionados.
La dispersión de ambos tipos de elastómeros SBS en los diferentes asfaltos se siguió como
ya se ha mencionado antes mediante microscopía de fluorescencia usando un microscopio
con objetivo de 20X hasta observar una distribución homogénea de tamaño de partículas de
polímero en el asfalto, en ese momento se determina el tiempo de dispersión que se
menciona en la tabla 2. Esta dispersión se presenta en la siguiente figura 4.
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Los datos de la tabla 1 resultan de interés porque los asfaltos mexicanos utilizados en este
trabajo (A1, A2 y A3), presentan comportamientos de viscosidad observables dentro de un
muestreo realizado para diferentes lotes considerando la figura 5 como referencia de este
muestreo y los límites observados de temperatura de mezclado y compactación de acuerdo
a lo marcado en el protocolo AMAAC. La figura 6 muestra que los tres asfaltos mexicanos
elegidos caen dentro de los límites observados de viscosidad.
Sin embargo, se han también detectado algunos asfaltos que presentan comportamientos de
viscosidad variables a las tendencias normalmente observadas y mencionadas antes, por
ejemplo, la figura 7 presenta algunas desviaciones que se observaron particularmente en
asfaltos como el A4 ó el A6 utilizados en este trabajo, donde se presentan bajas o altas de
viscosidad a los mismos valores de control de temperatura.
5
No obstante, se ha encontrado que hay una relación proporcional en una cantidad
importante de asfaltos de la relación porcentual de composición de fracciones
aromática/asfaltenos de asfalto (que en este trabajo se define como ) y la pendiente que
define la recta logarítmica de la viscosidad contra temperatura. En la figura 8 se observa
que a medida que es mayor, la pendiente de la curva viscosidad-temperatura es menor,
esto significa que mientras menos asfalténico es el asfalto en composición, su viscosidad es
menor y en consecuencia también sus temperaturas de mezclado y compactación durante la
elaboración de la mezcla en caliente serán menores, comparados con aquellos asfaltos que
presentan valores de mayor contenido de asfaltenos.
En el caso de los asfaltos modificados, independientemente del tipo de elastómero que se
utilizó para su modificación ya sea el SBS radial o lineal, se observa un incremento
importante de la viscosidad como se observa en la figura 9.
Esta característica obliga a que los criterios para seleccionar las temperaturas de mezclado
y compactación de estos asfaltos modificados con SBS sean diferentes que los asfaltos
vírgenes. Por ejemplo, la figura 10 propone algunos límites que pueden servir de referencia
particularmente para asfaltos mexicanos modificados con este tipo de SBS radial y lineal.
El principal problema radica con aquellos asfaltos como por ejemplo el tipo A4, donde
salen por arriba de la tendencia de los asfaltos observados y donde la viscosidad es mayor.
En este tipo de asfaltos que presentan una alta concentración de asfaltenos se pueden usar
aditivos que permitan reducir la viscosidad (como aceites aromáticos) y además presentan
una mejor compatibilidad con los SBS lineales que los radiales, lo cual no solo se refleja en
un mejor perfil de viscosidades, sino que además, como se puede ver en la figura 11, en un
mejor tiempo de dispersión de polímero en el asfalto.
Otro tipo de asfaltos que salen de las tendencias normalmente observadas con respecto al
perfil de viscosidad de grados AC-20 modificados son como el tipo A6, que presentan una
alta composición de fracciones saturadas. En estos asfaltos sus viscosidades son muy bajas,
son difíciles de procesar porque presentan un intervalo muy corto de control en
temperaturas de mezclado y compactación, y en términos generales también son más afines
a grados SBS lineales que radiales como se puede ver en las figuras 10 y 11.
Asfaltos ricos en fracciones aromáticas como el A5, presentan una alta afinidad con SBS
tanto radiales como lineales, con tiempos de dispersión muy cortos como se ve en la figura
11 y con un desempeño de propiedades mecánicas y reológicas que favorecen los valores
de diferentes propiedades, particularmente llaman la atención la recuperación elástica
torsional y el módulo de corte reológico después de envejecimiento por RTFO. Estas
propiedades se presentan en las figuras 12 y 13.
Una propiedad de interés es el flujo que experimentan estos asfaltos modificados, ya que
depende en gran medida de la composición de la fracción aromática, a medida que la
fracción aromática es menor y el asfalto es más rico en asfaltenos, este flujo se ve
grandemente reducido. La prueba se realiza sobre una rampa de acero inoxidable a 70°C
6
por un tiempo definido y fijo dependiendo de la concentración de polímero (para este caso
40 minutos).
Cuando el flujo es muy bajo se ha encontrado que los asfaltos presentan baja adherencia y
puede ser una iniciativa de estudio tanto de asfaltos vírgenes como modificados en estados
virgen y envejecido por RTFO, y búsqueda de correlación con agregados pétreos mediante
otras pruebas de adherencia como por ejemplo el método T230 (método australiano de
adherencia de asfaltos con agregados).
CONCLUSIONES.
La variación en desempeño que muchas veces se observa tanto en los asfaltos vírgenes
como en los asfaltos modificados con elastómeros de SBS, tiene inicialmente una
explicación en la composición del asfalto. En este sentido, el análisis iatroscan ofrece una
alternativa para conocer la composición general del asfalto en sus cuatro fracciones
principales de Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos.
En este trabajo se observa que la relación entre la fracción aromática/asfalténica de asfaltos
vírgenes definida por la letra griega en este trabajo, presenta una relación inversamente
proporcional lineal con la pendiente que define la curva logarítmica de viscosidad-
temperatura. Esto se traduce como que a medida que el asfalto tiene un carácter más
aromático su pendiente es menos pronunciada y por lo tanto se requerirá de menor
temperatura de mezclado y compactación
El protocolo AMAAC y otras fuentes de Estados Unidos (Asphalt Institute) establecen los
intervalos de viscosidad en los que se pueden determinar la temperatura de mezclado y
compactación. En este trabajo se proponen otros intervalos sugeridos a partir de la
experiencia y medición de diferentes lotes de asfalto AC-20 mexicanos modificados con
elastómeros de SBS, los cuales se resumen en la tabla 3.
Los límites definidos para los asfaltos modificados están definidos a partir de los intervalos
de viscosidad que las bombas que la alimentan las planta de HMA recomiendan y que están
definidos en el intervalo de 1500 a 2000 Centi-stokes, los cuales mediante el cociente de la
densidad del asfalto estimada en 0.98 g/ml permiten obtener valores en Centi-Poises y con
ello interpolar en la curva propuesta en la figura 10 de este trabajo.
La composición original del asfalto a modificar es sumamente importante porque se pueden
dar casos como los asfaltos A4 y A6 usados en este trabajo, donde en el caso del asfalto A4
se pueden presentar niveles de viscosidad muy altos comparados con los asfaltos con
composiciones menos ricas en fracciones asfalténicas que puedan originar problemas para
definir altas temperaturas de mezclado que pueden favorecer al envejecimiento prematuro
del asfalto. Este problema se ve acentuado cuando se usan polímeros modificadores de alto
nivel de reforzamiento como los SBS radiales. En este caso en particular lo recomendable
es usar algún aditivo reductor de viscosidad como un aceite aromático en combinación con
un SBS lineal. En este trabajo se observa que el SBS lineal permite que el asfalto tipo A4
7
tenga un comportamiento más parecido a los asfaltos con contenidos de fracciones
asfalténicas menores.
En el caso del asfalto A6 de alto contenido de fracciones saturadas se observa un caso
diferente donde los niveles de viscosidad son muy bajos, y también como se ve en la figura
6, son difíciles de modificar con elastómeros de tipo SBS. Este tipo de asfaltos tiene un
intervalo muy corte de control de viscosidades para las temperaturas de mezclado y
compactación y se recomienda su modificación preferentemente con SBS lineales.
En términos generales en este trabajo se observa que mientras más aromáticos son los
asfaltos en su composición, se favorece la dispersión del elastómero de tipo SBS
independientemente de si su configuración es radial o lineal y también se obtienen mejores
propiedades termo-mecánicas como la temperatura de ablandamiento y la recuperación
elástica torsional; y también reológicas, como por ejemplo el módulo de corte reológico en
sus modalidades de estado original y envejecido por RTFO.
Otra propiedad propuesta en este trabajo es el estudio de flujo de los asfaltos modificados,
el cual se realiza sobre una rampa de acero inoxidable con ángulo de inclinación de 75° a
70°C por espacio de 40 minutos y en donde se mide la distancia recorrida por el asfalto
durante el escurrimiento en la rampa. Este método ofrece una alternativa que puede
correlacionarse con pruebas de adherencia del asfalto en los agregados pétreos, buscando
encontrar una correlación con otros métodos como el método T230 de adherencia en
agregados pétreos. En general asfaltos que experimentan bajo flujo presentaran problemas
de cubrimiento pobre en los agregados y requerirán de condiciones mayores de temperatura
para poderlos procesar. En este trabajo se observa que aquellos asfaltos que presentan
mayor contenido de asfaltenos y bajo contenido de fracciones aromáticas son los que
ofrecen menores flujos.
La innovación de polímeros modificadores ha buscado combinación de estructuras en
mezclas inteligentes. En este trabajo se presenta una combinación de estructura SBS lineal
con un contenido de moléculas SB dibloque que se han definido a lo largo del trabajo como
SBS lineal, que entre sus ventajas permite modificar asfaltos de alto contenido de asfaltenos
así como altamente saturados de una forma más eficiente, y con propiedades similares a las
que se alcanzan con el uso de SBS radiales.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
1. YILDIRIM Y., et al, “Mixing and compaction temperaturas for hot mix asphalt
concrete”, reporte No. 1250-5. Texas Department of transportation y University of
Texas at Austin. Enero 2000.
2. SALOMON, D. y Zhai H., “Asphalt binder flow activation energy and its significance
for compaction effort”. Eurobitumen. Paris, Francia 2004.
3. WEST, R., et al., “Mixing and compaction temperatures of Asphalt binders in Hot mix
asphalt”, Transportation Research Board, NCHRP Report 648. Washington, USA 2010.
8
4. PROTOCOLO AMAAC PA-MA 01/2008. “Diseño de mezclas asfálticas de
Granulometría Densa de Alto Desempeño”.
5. ASPHALT HANDBOOK, Manual series No. 4, Asphalt Institute, 7th
. edition, 2007.
6. HERNANDEZ, G., “Asfalto: origen, tendencia y evolución”. Revista Asfáltica de
AMAAC, Enero 2011.
9
Tabla 1.- Caracterización de asfaltos vírgenes utilizados en la investigación.
PROPIEDAD A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6
Origen
Refinería de
Ciudad
Madero.
México
Refinería de
Ciudad
Madero.
México
Refinería
de Salina
Cruz.
México
Alon
Refinery, El
Paso, Texas
Estados
Unidos
Refinería de
Barranca
Bermeja,
Colombia
Asfalto
Chino
Shanghai
Xiyu
Trading
Grado AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20 AC-20
PROPIEDADES GENERALES.
Penetración a 25°C,
0.1 mm
67 75 77 60 76 93
Temperatura de
ablandamiento, °C
52 56 54 61 55 48
Recuperación elástica
torsional a 25°C, %
5 9 4 2 9 0
Temperatura máxima
de falla reológica
(cuando G*/sen = 1
kPa), °C
66.6 67.3 65.7 64.1 67.8 60.2
Viscosidad Brookfield
a 125°C, cP
659 671 612 521 991 789
Viscosidad Brookfield
a 135°C, cP
475 452
446 436 494 504
Viscosidad Brookfield
a 145°C, cP
330 288 316 365 242 312
COMPOSICIÓN POR IATROSCAN.
Saturados 6 8.4 23.3 14.3 12.6 34.6
Aromáticos 32.2 37.1 24.6 27.3 39.7 37.9
Resinas 25.2 26.3 22.3 13.1 28.8 2.0
Asfaltenos 36.6 28.2 29.8 45.3 19.5 25.5
10
Tabla 2.- Propiedades de asfaltos modificados. PROPIEDAD A1 + SBS
radial
A2 + SBS
radial
A3 + SBS
radial
A4 + SBS
radial
A5 + SBS
radial
A6 + SBS
radial
MEZCLAS CON SBS RADIAL.
Tiempo de dispersión de
polímero en asfalto,
minutos
120 120 180 210 90 240
Temperatura de
ablandamiento, °C
60 58 50 55 66 45
Penetración a 25°C,
100g, 5 s, 0.1 mm
55 56 47 37 55 63
RET a 25°C, % 45 42 32 30 58 27
Flujo en rampa de 75°,
50°C, cm
5.2 8.3 2.7 0.8 8.7 6.1
Viscosidad Brookfield a
125°C, cP
2298 2000 1876 2435 2123 1940
Viscosidad Brookfield a
135°C
1263 1112 1065 1378 1187 1003
Viscosidad Brookfield a
145°C
725 650 648 820 688 567
Módulo de corte
reológico en estado
virgen, kPa
78.5 78.7 74.2 70.4 78.8 75.3
Módulo de corte
reológico en RTFO, kPa
83.8 84.9 78.9 75.8 84.6 79.6
MEZCLAS CON SBS LINEAL.
PROPIEDAD A1 + SBS
lineal
A2 + SBS
lineal
A3 + SBS
lineal
A4 + SBS
lineal
A5 + SBS
lineal
A6 + SBS
lineal
Tiempo de dispersión de
polímero en asfalto,
minutos
90 90 120 180 90 210
Temperatura de
ablandamiento, °C
59 55 53 56 64 50
Penetración a 25°C,
100g, 5 s, 0.1 mm
55 57 51 44 57 64
RET a 25°C, % 42 40 31 34 53 30
Flujo en rampa de 75°,
50°C, cm
6.3 9.4 3.1 1.2 10.4 8.3
Viscosidad Brookfield a
125°C, cP
2211 1988 1977 2301 2119 2002
Viscosidad Brookfield a
135°C 1254 1109 1087 1253 1180 1098
Viscosidad Brookfield a
145°C
719 634 627 689 688 630
Módulo de corte
reológico en estado
virgen, kPa
77.9 78.1 75.6 72.8 77.9 76.1
Módulo de corte
reológico en RTFO, kPa
81.3 82.5 80.3 77.2 83.8 82.0
11
Tabla 3.- Intervalos de viscosidad propuestos para determinar temperaturas de
mezclado y compactación en asfaltos vírgenes tipo AC-20 y modificados con
elastómeros tipo SBS grados PG 70 a PG 82.
TEMPERATURA INTERVALO DE VISCOSIDAD, Pa.s
Asfaltos vírgenes.
Temperatura de mezclado 0.15 a 0.19
Temperatura de compactación 0.25 a 0.31
Asfaltos modificados con SBS
Temperatura de mezclado 0.176 a 0.301
Temperatura de compactación 0.75 (mínimo)
12
Figura 1.- Cromatograma de análisis SARA del Iatroscan de un asfalto.
13
Figura 2.- Diferentes fracciones del asfalto y tipo de estructuras.
1) Compuestos saturados (Peso molecular: 300 a 2,000):
Compuestos parafínicos Compuestos Nafténicos
2) Compuestos aromáticos (Peso molecular: 300 a 2,000):
3) Resinas (Peso molecular 500 a 50,000):
N OH
H
OH OH
S-H
HO
N - H
4) Asfaltenos (Peso molecular de 100 a 100,000):
OH
COOH
14
Figura 3.- Estructuras de los elastómeros tipo SBS que se usan en esta investigación
para modificar los asfaltos.
TIPO DE ELASTÓMERO ESTRUCTURA
SBS radial
Mezcla SBS lineal
+
Di-bloque SB
= butadieno
= estireno
Representación de formas:
+ Representación de formas:
= butadieno
= estireno
Figura 4.- Ejemplo de seguimiento de dispersión de polímero en el asfalto.
15
Figura 5.- Limites de viscosidad observados en diferentes lotes de asfaltos mexicanos
grado AC-20.
-0.900
-0.800
-0.700
-0.600
-0.500
-0.400
-0.300
-0.200
-0.100
0.000
120 130 140 150 160 170 180
Temperatura, °C
Lo
g v
isc
osid
ad
, P
a.s
TEMPERATURA DE
MEZCLADO
TEMPERATURA DE
COMPACTACIÓN
Figura 6.- Líneas de viscosidad para los tres asfaltos mexicanos usados en este trabajo
y comparados frente a los límites mencionados en la figura 5.
-0.900
-0.800
-0.700
-0.600
-0.500
-0.400
-0.300
-0.200
-0.100
0.000
120 130 140 150 160 170 180
Temperatura, °C
Lo
g v
isc
osid
ad
, P
a.s
TEMPERATURA DE
MEZCLADO
TEMPERATURA DE
COMPACTACIÓN
DONDE:
A1 (Ciudad Madero)
A2 (Ciudad Madero)
A3 (Salina Cruz)
16
Figura 7.- Desviaciones de viscosidad encontradas en algunos asfaltos.
-0.900
-0.800
-0.700
-0.600
-0.500
-0.400
-0.300
-0.200
-0.100
0.000
120 130 140 150 160 170 180
Temperatura, °C
Lo
g v
isc
os
ida
d, P
a.s
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A6
A4
Figura 8.- Relación de composición porcentual aromática/asfalteno ( ) versus la
pendiente que define la curva viscosidad-temperatura.
y = -0.0147x - 0.0005
R2 = 0.9881
-0.035
-0.03
-0.025
-0.02
-0.015
-0.01
-0.005
0
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1
Pen
die
nte
de c
urv
a d
e v
isco
sid
ad
A4
A6
A5
A3
A1
A2
17
Figura 9.- Diferencia en valores de viscosidad entre asfaltos modificados y sus
correspondientes asfaltos vírgenes.
-0.800
-0.600
-0.400
-0.200
0.000
0.200
0.400
0.600
120 125 130 135 140 145 150
Temperatura, °C
Lo
ga
ritm
o v
isco
sid
ad
, P
a.s
A1
A2
A3
A4
A5
A6
A1 + SBSr
A2 + SBSr
A3 + SBSr
A4 + SBSr
A5 + SBSr
A6 + SBSr
A1 + SBSlin
A2 + SBSlin
A3 + SBSlin
A4 + SBSlin
A5 + SBSlin
A6 + SBSlin
Figura 10.- Valores de referencia para definir la temperatura de mezclado en HMA y
compactación que pueden aplicar en asfaltos mexicanos modificados con SBS radial y
lineal.
-0.900
-0.700
-0.500
-0.300
-0.100
0.100
0.300
0.500
120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190
Temperatura, °C
Lo
gari
tmo
de v
isc
os
idad
, P
a.s
A1 + SBSr
A2 + SBSr
A3 + SBSr
A4 + SBSr
A5 + SBSr
A6 + SBSr
A1 + SBSlin
A2 + SBSlin
A3 + SBSlin
A4 + SBSlin
A5 + SBSlin
A6 + SBSlin
143°C
Valor de seguridad mínimo para terminar
trabajos de compactación = 1.4 Pa.s
Límite inferior para temperatura
de compactación =-0.75 Pa-s
Temperatura de mezclado en
base a capacidad de bombeo
para menejo del asfalto
modificajo en forma
espreable 0.176 a 0.301 Pa.s
18
Figura 11.- Tiempo de dispersión del polímero en el asfalto.
0
50
100
150
200
250
300
A1 +
SB
S r
adia
l
A2 +
SB
S r
adia
l
A3 +
SB
S r
adia
l
A4 +
SB
S r
adia
l
A5 +
SB
S r
adia
l
A6 +
SB
S r
adia
l
A1 +
SB
S lin
eal
A2 +
SB
S lin
eal
A3 +
SB
S lin
eal
A4 +
SB
S lin
eal
A5 +
SB
S lin
eal
A6 +
SB
S lin
eal
Tie
mp
o d
e d
isp
ers
ión
del
po
lím
ero
, m
inu
tos
Figura 12.- Recuperación elástica torsional de asfaltos modificados.
20
25
30
35
40
45
50
55
60
A1 +
SB
S r
adia
l
A2 +
SB
S r
adia
l
A3 +
SB
S r
adia
l
A4 +
SB
S r
adia
l
A5 +
SB
S r
adia
l
A6 +
SB
S r
adia
l
A1 +
SB
S lin
eal
A2 +
SB
S lin
eal
A3 +
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S lin
eal
A4 +
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S lin
eal
A5 +
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S lin
eal
A6 +
SB
S lin
eal
Recu
pera
ció
n e
lásti
ca t
ors
ion
al,
%
19
Figura 13.- Módulo de corte reológico después de RTFO en asfaltos modificados.
70
72
74
76
78
80
82
84
86
A1 +
SB
S r
adia
l
A2 +
SB
S r
adia
l
A3 +
SB
S r
adia
l
A4 +
SB
S r
adia
l
A5 +
SB
S r
adia
l
A6 +
SB
S r
adia
l
A1 +
SB
S lin
eal
A2 +
SB
S lin
eal
A3 +
SB
S lin
eal
A4 +
SB
S lin
eal
A5 +
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S lin
eal
A6 +
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S lin
eal
G*
/ sen
o
(d
esp
ués d
e R
TF
O),
P
a
Figura 14.- Flujo en rampa con inclinación de 75° en asfaltos modificados.
0
2
4
6
8
10
12
A1 +
SB
S r
adia
l
A2 +
SB
S r
adia
l
A3 +
SB
S r
adia
l
A4 +
SB
S r
adia
l
A5 +
SB
S r
adia
l
A6 +
SB
S r
adia
l
A1 +
SB
S lin
eal
A2 +
SB
S lin
eal
A3 +
SB
S lin
eal
A4 +
SB
S lin
eal
A5 +
SB
S lin
eal
A6 +
SB
S lin
eal
Flu
jo e
n r
am
pa d
e 7
5°,
cm
