emulsiones asfálticas (semana 1 y 2)-clases.pdf
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Jorge R. Escalante Zegarra
EMULSIONES ASFALTICAS
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
Jorge Escalante Z
Emulsiones alrededor de casa
Jorge Escalante Z
DISPERSION HOMOGENEA DE DOS LIQUIDOS INMISCIBLES, DEBIDO A LA PRESENCIA DE ENERGIA MECANICA Y EMULSIFICANTE
Jorge Escalante Z
Emulsiones
Aceite en Agua Agua en Aceite Agua en Aceite en Agua
Jorge Escalante Z
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 .
Emulsiones Asfálticas
Jorge Escalante Z
Cantidad de Emulsión asfáltica utilizada
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Asfálto
Agua
Emulsiones Asfálticas
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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.
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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
Emulsificantes
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Tipos de emulsificantes
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Emulsificante Catiónico
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Estabilidad de la Emulsión Catiónica
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Emulsificante Anionico
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Estabilidad de la Emulsión Anionica
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Surfactantes en la fase intermedia
Dinámica durante el proceso de emulsificación
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Tamaño de las moléculas de los emulsificantes
Contraiones se difunden en la fase acuosa dejando la superficie asfaltica con carga positiva
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Atracción
Repulsión Repulsión
Catiónica Anionica
Carga de partícula de la Emulsión
Positiva - catiónica
Negativa - aniónica
No carga - no-iónica
Determinada por el tipo de emulsificante
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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.
Lenta Rapida Media
Velocidad de Rotura
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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)
Factores que afectan la ruptura y curado
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Posibles etapas en la ruptura de una emulsión catiónica
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Clasificación de las emulsiones asfálticas
Tipos de
emulsiones Catiónica Anionica Aplicaciones
Rápida / Riegos CRS RS Tratamientos superficiales
Riegos de liga
Media CMS MS Mezclas abiertas, bacheos,
parches
Lenta CSS SS Mezclas densas, lechadas,
Slurry seal
Rápida - Mezclas CQS Slurry seal
Micro-pavimentos
Prime CP Imprimación
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(A.- Modificación con polímeros tipo SBS o SBR)
(B.- Modificación con polímeros tipo SBR)
Composición de las emulsiones asfálticas
Cemento asfáltico 60% ó 65%
Solución Jabonosa 40% ó 35%
Agua potable
Emulsificante
Acido Clorhidrico
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ruptura rapida cationica
65% asfalto
cationica ruptura lenta
asfalto duro
60% asfalto Cationica
Ruptura lenta 65% asfalto
con polimero
Nomenclatura ASTM de las emulsiones
CRS-2
CSS-1h
CSS - 2p
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Especificaciones de las Emulsiones Asfálticas
NTP 321.059 - 2002 Jorge Escalante Z
NTP 321.141 - 2003 Jorge Escalante Z
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.
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Cemento
asfáltico
Molino
Coloidal
Emulsión
Asfaltica
Solución
jabonosa
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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
Emulsiones Asfálticas Comerciales
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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
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Carga de partícula de la emulsión
Positiva - catiónica
Negativa - aniónica
No carga - no-iónica
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Distribución y tamaño de partícula
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Residuo por Evaporación
Tamizado Viscosidad Saybolt Furol
Ensayos en Emulsiones
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SEDIMENTACION = % R.A.(2) - % R.A.(1)
500 ml
50 ml % CEMENTO
ASFÁLTICO (1)
50 ml % CEMENTO
ASFÁLTICO (2)
EN REPOSO
1 DIA, 5 DIAS
Estabilidad al almacenamiento
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Penetración
Ductilidad
Recuperación Elástica
Torsional
Punto de Ablandamiento
Ensayos al residuo de la Emulsión
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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
Recomendaciones para la manipulación
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Camiones cisternas adecuados Motor para descarga y/o
recirculación Divisiones internas para evitar
rompimiento prematuro por exceso de movimiento
Quemador para calentamiento
Transporte
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Almacenamiento
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correcto incorrecto
Almacenamiento
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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
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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)
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Versatilidad de uso
Mezclas abiertas Carpetas en frio
Mezclas densas Mezcla Arena-emulsion
Estabilizacion de suelos
Carpetas en frio Recuperacion de perfiles Carpeta de rodamiento
Mezclas para bacheo Para acopio Mezclas hechas in-situ
Reciclado Fresado (produccion RAP)
Reciclado en frio
Reciclado a profundidad total
Riegos Tratamientos superficiales Riego de liga Sellado de fisuras
Morteros asfalticos (slurry seal)
Sellado de fisuras De apertura lenta al trafico De apertura rapida al trafico Modificados con polimeros
Micro-pavimentos (micro-surfacing)
Apertura rapida al trafco Recuperacion de huellamientos
Imprimación Para de bases granulares y estabilizadas
con cemento o emulsion
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Mezclas en frío
• Densas
• Abiertas
• Con arena
• Con suelo nativo (estabilización de suelos)
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Proceso de producción de mezcla en frío
Jorge Escalante Z
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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.
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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.
Porque reciclar
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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
Cuando reciclar
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Acabado Final Micropavimento en frio
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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.
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(Base estabilizada con emulsiones)
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Carretera Pativilca Conococha Huaraz Molino pampa – Full Depth
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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.
Riego de Liga (Tack Coat)
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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)
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Usos granulométricos para tratamientos superficiales:
Cantidades aproximadas de materiales para Tratamiento Superficial Múltiple
Tratamiento Superficial (Chip Seal)
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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.
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Proceso constructivo La aplicación del TSB se realiza en tramos. La aplicación se realiza por carriles realizando un adecuado control de transito.
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Proceso constructivo
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Proceso constructivo
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Proceso constructivo
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Proceso constructivo
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Proceso constructivo
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Proceso constructivo
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Tratamiento superficial concluido
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Tratamiento superficial concluido
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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 • Se utilizan como un sello superficial para corregir irregularidades tales como pérdida de propiedades anti-derrapantes (alisamiento), oxidación y desprendimientos en pavimentos. • Han mostrado buenos resultados para mejorar las 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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Usos granulométricos para Slurry Seal:
Slurry Seal
Tasa referenciales y tipo según localización del proyecto:
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Agregados finos con una granulometría densa son mezclados con emulsión CSS y agua para formar un mortero 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, etc. Rango de espesor: 3-30 mm
Slurry Seal
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SLURRY SEAL TIPO II
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Mortero asfáltico en Lima Perú - Av. Las Begonias
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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
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Aplicación en obra
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Aplicación en obra
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Aplicación en obra
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Aplicación en obra
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Aplicación en obra
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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.
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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 medio-ambiente; Bajo olor y libre de solventes; Producto ecológicamente correcto.
Ventajas de la emulsión para Imprimación
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Aplicación de riego de imprimación con PRIME sobre una base granular a una
tasa de 1.2 litros/m2
Imprimación con Emulsión Asfáltica
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Imprimación con Emulsión Asfáltica
Imprimación después de 24 horas de aplicado en base granular (se observa el 100% de penetración y no necesita arenado) Jorge Escalante Z
PRUEBA COMPARATIVA
ASFALTO DILUIDO MC-30 VS
EMULSION DE IMPRIMACION ®
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Delimitación del área de pruebas (1m2 para cada uno de los productos probados )
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Producto: Emulsión para Imprimación PRIME
Área de prueba para la emulsión de imprimación PRIME (1m2)
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Aplicación de la Emulsión para Imprimación PRIME (1 litro/m2)
Medida de la Tasa de aplicación: Emulsión para Imprimación PRIME (1 litro/m2)
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Área de prueba para el asfalto diluido MC-30 (1m2)
Producto: Asfalto diluidoMC-30
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Medida de la Tasa de aplicación: Asfalto Diluido MC-30 (1 litro/m2)
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Calentamiento del Asfalto Diluido MC-30 hasta una temperatura de 70°C (1 litro/m2)
Colocación del Asfalto Diluido MC-30 en recipiente para calentamiento (1 litro/m2)
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Aplicación del asfalto diluido MC-30 (1 litro/m2)
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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
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Vista de las pruebas de imprimación realizada con Emulsión para imprimación y asfalto diluido MC-30, después de 30 minutos de la aplicación
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Vista después de 2 horas de la aplicación, la emulsión presenta más del 60% de penetración y el MC-30 menos del 20%
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Prueba de Impermeabilización en la base imprimada por la emulsión de imprimación PRIME.
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Prueba de Impermeabilización en la base imprimada con asfalto diluido MC-30. Jorge Escalante Z
Preguntas?
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