INTRODUCCIÓNEn este trabajo se pretende hacer una revisión actual sobre las características más importantes que afectan la fabricación de emulsiones asfálticas en agua, debido a las enormes ventajas que tienen las emulsiones asfálticas. Además de no requerirse de la aplicación de calor para aplicar el asfalto en fundido, se logra una mejor adhesión entre el asfalto y el substrato pétreo cuando se usan emulsiones catiónicas. 

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Como se mencionó anteriormente, una de las líneas importantes de investigación en materiales asfálticos consiste en diseñar un sistema que permita una fácil aplicación del asfalto, sobre todo del asfalto modificado con hule, además de lograr una mejor adhesión entre el asfalto (modificado o no) y el material pétreo que sirve de substrato para el asfalto

En las últimas dos décadas, mucho esfuerzo científico y tecnológico se ha dedicado al desarrollo de materiales asfálticos para la construcción de carreteras, ya que las especificaciones de éstas son cada día más estrictas. La tecnología en materia asfáltica se ha enfocado al desarrollo de carpetas asfálticas con mayor duración, con menor huella al paso de vehículos, mayor repelencia al agua (alta hidrofobicidad), mayor resistencia a la radiación ultravioleta, mayor resistencia a la lluvia, mayor agarre con la llanta, mejor adhesión entre el asfalto y el material pétreo, mayor facilidad para la reparación de baches, reparación de baches a baja temperatura, etc.

Es en esta línea de investigación en donde se enmarca este trabajo: el estudio de las

características importantes para la producción de las emulsiones asfálticas que presenten una fácil aplicación y una mejor adhesión con el material pétreo el

cual sirve de substrato.

OBJETIVO GENERAL

El objetivo de este trabajo es el estudio de las características importantes para producción de las emulsiones asfálticas en agua que presenten una fácil aplicación y una mejor adhesión con el material pétreo que sirve de substrato.

JUSTIFICACIÓNDebido a las múltiples aplicaciones de las emulsiones asfálticas (catiónicas o aniónicas) en diversas actividades propias de la ingeniería de caminos, es importante conocer su naturaleza, propiedades, preparación, compactación y comportamiento bajo las solicitaciones que impone el tráfico de los vehículos.Sólo por mencionar algunas aplicaciones de las emulsiones asfálticas listamos las siguientes: 1) riegos de imprimación, 2) riegos de liga, 3) riego de imprimación reforzada, 4) fijadores de polvo o antipolvo, 5) riego de sellado, 6) estabilización de suelos, entre otras.

EMULSIONES ASFÁLTICASLas emulsiones asfálticas son una alternativa económica,

segura y ecológica para fines de pavimentación, ya que su manejo se realiza a temperatura ambiente y sin emisiones contaminantesLas emulsiones asfálticas son muy versátiles y pueden ser diseñadas para aplicaciones y condiciones determinadas

LAS EMULSIONES:Las emulsiones son sistemas formados por dos fases parcial o totalmente inmiscibles, en donde una forma la llamada fase continua (o dispersante) y la otra la fase discreta (o dispersa).

ASFALTO EN PAVIMENTACIONES:Cemento asfaltico: extremadamente viscosoCalentamiento:

Mezclas en caliente (concreto asfaltico)Dilución: con solventes derivados de petróleo

Diluidos (mezclas en frio, imprimantes)Emulsificación: con agua

Emulsión asfáltica (mezclas en frio, reciclados, liga, micro-pavimentos, etc.)

ASFALTO EN PAVIMENTACIONES:Cemento asfaltico: extremadamente viscosoCalentamiento:

Mezclas en caliente (concreto asfaltico)Dilución: con solventes derivados de petróleo

Diluidos (mezclas en frio, imprimantes)Emulsificación: con agua

Emulsión asfáltica (mezclas en frio, reciclados, liga, micro-pavimentos, etc.)

PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS: En relación a:

Estabilidad (almacenaje y manejo) Rendimiento (aplicaciones) de las emulsiones

asfálticas Tamaño de partícula ViscosidadFloculación y coalescenciaEstabilidad al almacenaje

Proceso de ruptura y curadoAdhesión con agregado

De las dos propiedades su relación es el:

CARACTERÍSTICAS FÍSICO – QUÍMICAS DE LAS EMULSIONES

Producción:Dispersión mecánica a través de un molino coloidal

Almacenamiento:Periodo de reposo para reducir su actividad

dinámicaRompimiento

Inicio de la separación del agua de la matrizFraguado

Expulsión total del agua, el asfalto desarrolla sus propiedades

A. QUÍMICA DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS:Las emulsiones asfálticas son dispersiones en agua de glóbulos asfalticos de 2 a 5 micrones de diámetro, que se mantienen estables en presencia de un agente emulsificante que pueden ser jabones resultantes del tratamiento de ácidos grasos o resinas con bases fuertes (aniónicas) o los resultados de la acción de los ácidos minerales, sobre los compuestos amínicos (catiónicas) .

B. EMULSIFICADOREstá compuesto por una cadena hidrocarbonada compatible con el asfalto y una cabeza polar combatible con el agua.

c. ESTABILIDAD Y QUIEBREConsiste en las fases de la emulsión. El quiebre se distingue por el cambio de color, de café a negro

De acuerdo al tipo de carga de los glóbulos asfalticos y la velocidad con que se produce el rompimiento de la emulsión, estas se dividen en 6 tipos:

ARR = Emulsión Anionica de rompimiento rápido.ARM = Emulsión Anionica de rompimiento medio.ARL = Emulsión Anionica de rompimiento lento.CRR = Emulsión Cationica de rompimiento rápido.CRM = Emulsión Cationica de rompimiento medio.CRL = Emulsión Cationica de rompimiento lento.

TIPOS DE EMULSIONES ASFÁLTICASEMULSIONES ANIÓNICAS (A): Presentan carácter básico, estando las partículas de betún cargadas negativamente, por lo que presentan buena adhesividad con áridos alcalinos o alcalinotérreos tales como las calizas, que se ionizan positivamente al contacto con el agua. Son las más antiguas. EMULSIONES CATIÓNICAS (C): En ellas, las partículas de betún se cargan positivamente, lo que les confiere un carácter que facilita la adherencia de áridos ácidos, con alto Contenido en sílice; también son compatibles con la mayoría de áridos calizos.Ventajas:

Ruptura y curado rápidoPromueven adhesión con la mayoría de agregados

d.

EMULSIÓN CARGA DE PARTÍCULA

Catiónica Positiva

Aniónica Negativa

No Aniónica No carga

•TIPOS DE EMULSIÓN Determinada por el tipo de emulsificante.

E.

•FUNCIONES DE LOS EMULSIFICANTE:

Facilitar proceso de EmulsificaciónReducimiento tensión interface entre el agua y el asfalto

Estabilizar la emulsiónDurante la formación, almacenaje y transportación

Producir tipo de emulsión, influencia en rendimientoCaracterística de ruptura y curado

F.

TIPOS DE ASFALTOS PARA PAVIMENTACIÓN

PROCESO DE MEZCLADO Y ENDURECIMIENTO

G.

ENSAYOS Y PRUEBAS A LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS

Ensayo de carga de partículaEnsayo de tamaño y distribución de partícula

Viscosidad de la emulsión Ensayo de demulsibilidad (velocidad de ruptura)

Prueba de sedimentaciónEnsayo de mezcla con cementoCapacidad de recubrimiento y resistencia al agua)

Pruebas de residuo

H.

VENTAJAS DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS Es un ligante asfáltico no contaminante ni peligroso, ya que contiene del 35

al 40% de agua como solvente. Su manejo es sencillo y seguro, gracias a su baja viscosidad a temperatura

ambiente. Tiene un límite de almacenamiento y es muy amplio, ya que puede ser

almacenado por semanas o meses, debido entre otras cosas a la igualdad de las densidades de sus componentes.

Tiene una gran adhesión con cualquier agregado pétreo, a pesar de condiciones de humedad adversas debido a la enorme dispersión de las partículas de asfalto de tamaño muy pequeño y al uso de agentes emulsificante de tipo catiónico.

Se aplica en un lapso muy corto de tiempo, lo que permite la pronta funcionalidad de la obra en que se esté usando.

Presenta un bajo costo de la fase dispersante, que es el agua. Se emplean materiales pétreos locales, lo que elimina la transportación de

este tipo de materiales por grandes distancias.

RECOMENDACIONES PARA EL USO DE EMULSIONES ASFÁLTICAS Si el depósito se usó para almacenar emulsiones Aniónica y se van a

almacenar emulsiones catiónicas, es necesario neutralizar la acción de aquella lavando el tanque, primero con agua y posteriormente con ácido clorhídrico diluido al uno por ciento.

Por el contrario, si el depósito se usó para almacenar emulsiones catiónicas y se quiere almacenar emulsiones Aniónica, se tendrá que lavar con agua y neutralizarlo con sosa cáustica al 0.3 por ciento.

Para descargar más emulsión sobre la ya almacenada, es necesario que el tubo de descarga llegue al fondo para no romper la nata de la superficie, de otra forma, se corre el riesgo de obstruir las bombas.

Cuando una fábrica o compañía está establecida permanentemente en una región donde se registran temperaturas muy bajas, los tanques deben tener un sistema de calentamiento adecuado o estar cubiertos con algún sistema aislante, para evitar la congelación.

L.

RECOMENDACIONES PARA EL USO DE EMULSIONES ASFÁLTICAS Los tanques de almacenamiento deberán tener un

sistema de recirculación, con el objeto de evitar el asentamiento del asfalto contenido en la emulsión.

La temperatura ambiente al aplicarse la emulsión, deberá ser de 10 °C mínimos y en ascenso y nunca debe de hacerse cuando baje la temperatura durante la noche.

La emulsión, una vez que es desestabilizada (o sea que ya se produjo el rompimiento), no debe de re-emulsificarse aún en presencia de agua y del paso de los vehículos; por este motivo es muy importante que el emulsificante sea el adecuado.

L.

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS Usos generales. Juntas para pavimentos hidráulicos. Adhesivos. Selladores. Impermeabilizantes. Recubrimiento de tubería especial. Para tratamientos superficiales, para pavimentos

asfálticos, en carreteras y Aeropistas: Riegos de impregnación. Riegos de imprimación o penetración. Riegos negros con emulsión diluida. Riegos de liga Riegos de sello con gravilla o arena seleccionada

M. Morteros asfálticos o slurry seal

(sólo con emulsiones asfálticas).

Bacheo. En la masa o mezcla asfáltica,

para carreteras y aeropistas. Mezcla cerrada y mezcla

abierta. Grava - emulsión y arena –

emulsión. Penetración. Impregnación.

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.

Riego de imprimación

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.

Riego de imprimación

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.

Riego de imprimación

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.

Riego de imprimación

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.Riego de

imprimación(Es una aplicación inicial de emulsión asfáltica CSS sobre

una superficie absorbente (base)

para impermeabilizar la superficie, reducir

sus vacíos capilares, revestir y trabar las partículas minerales sueltas, endurecer

la superficie y promover la

adhesión entre la base y la carpeta

asfáltica o tratamiento superficial.)

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.Riego de liga

(Es una aplicación ligera de emulsión asfáltica CSS sobre

un pavimento existente para

asegurar la adherencia entre

dos superficies que se superponen. El riego deberá ser muy delgado y deberá cubrir

uniformemente la totalidad del área a ser repavimentada.

La emulsión asfáltica será diluida

en partes iguales con agua y se

colocará a razón de 0.25 a 0.70 lt/m2.)

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.

Riego de imprimación

reforzada

USO DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS M.Slurry Seal(arena bien

gradada, cemento Portland tipo I,

emulsión asfáltica Catiónica de rotura lenta y agua, que se utiliza para el

mantenimiento correctivo y

preventivo de vías existentes y

también como nueva capa de rodadura para todo tipo de

tráfico.)

PUESTA EN OBRA DE LAS EMULSIONES La emulsión se puede almacenar en tanques verticales, horizontales, posas

o cilindros, cuidando que esté bien tapado para evitar su contaminación y recircularlo cada vez que sea usado o cada 5 días para homogenizarlo.

Como las emulsiones son específicas para cada obra, de nada sirve un certificado de una emulsión que no fue diseñada para esa obra. El proveedor le proporcionará el certificado de calidad de la emulsión especialmente diseñada para su obra, y de ser necesario se hará el muestreo en obra del ligante para ser analizado por cualquier laboratorio especializado. Además de la remesa enviada a obra, lo acompañará un balde sellado conteniendo la misma emulsión para algún análisis posterior.

Las mezclas con emulsión son almacenables, y se podrá usar después de 24 hrs. de producido. Cuidar que no se contamine la mezcla con polvo, agua, etc., almacenándolo en alto para evitar que se contamine con alguna inundación, y taparlo con plástico para mantener su humedad y obtener mejor trabajabilidad.

N.

DOSIFICACIÓN Y PROYECTO Muestras de 25 Kg de material pétreo de cada tipo en sacos, con su respectiva

identificación. Las muestras servirán para los diseños de la emulsión, mezclas y/o tratamientos superficiales.

Se deberán realizar los ensayos de control de calidad de los materiales pétreos, en un laboratorio especializado de suelos. Este ensayo es importante para la seguridad de los trabajos. De nada servirá usar un ligante de calidad, si los áridos están en proceso de degradación.

Informar al proveedor de las características climatológicas, topográficas y sistema constructivo que se dará en la puesta en obra, que será indispensable para el diseño de la mejor emulsión.

Las dosificaciones de los insumos como la emulsión, áridos, filler, agua y aditivos propuestos en los diseños deberán respetarse estrictamente, excepto el agua, que podrá corregirse en campo dependiendo de la temperatura del medio ambiente, si la arena y el pavimento están caliente o húmedo, etc.

O.

CONCLUSIONES Las emulsiones asfálticas no contienen ningún contaminante, no emiten vapores

tóxicos, no dejan residuos líquidos tóxicos y además no consumen energía que pueda contaminar el medio ambiente siendo totalmente compatibles con los mismos.

La aplicación de la emulsión se realiza a temperatura ambiente. Por otra parte todo el módulo de producción puede ser fácilmente transportable cerca de la zona de aplicación, es decir no se requiere montar complejas instalaciones para su calentamiento y mezclado. Se simplifica así el proceso constructivo, eliminando costos de movilización y desmovilización.

Las emulsiones asfálticas contienen agentes mejorados de adherencia esto permite un enlace químico entre el asfalto y la superficie del agregado obteniéndose un cubrimiento del agregado con adhesión resistente al agua es decir una adhesión activa que se traduce en mayor resistencia al desprendimiento de la mezcla durante la puesta en servicio del pavimento.

Como las emulsiones asfálticas catiónicas están cargadas electropositivamente y la mayoría de los agregados pétreos son de naturaleza silícea (con carga superficial electronegativa); la atracción electroquímica entre los mismos produce una unión inmediata y permanente, los resultados obtenidos son altamente satisfactorios.

RECOMENDACIONES Siempre que sea posibile, utilizar emulsiones asfálticas en vez

de asfaltos diluidos. Estabilizar con ligante asfáltico un material pétreo que cumple

con las especificaciones de calidad reduce el espesor requerido de éste manteniendo igual o mayor el valor de soporte.

Las mezclas con emulsión son almacenables, y se podrá usar después de 24 hrs. de producido. Cuidar que no se contamine la mezcla con polvo, agua, etc., almacenándolo en alto para evitar que se contamine con alguna inundación, y taparlo con plástico para mantener su humedad y obtener mejor trabajabilidad.

Se debe realizar el control de calidad de las mezclas que se producen con una periodicidad de por lo menos 1 muestra por día, con la finalidad de comparar con el diseño hecho en laboratorio.