Influencia de la temperatura y el tiempo de mezclado en la modificación de un cemento asfáltico

Guerrero Raga, Edwin Alirio

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2019-07-16

TY - GEN T1 - Influencia de la temperatura y el tiempo de mezclado en la modificación de un cemento asfáltico UR - http://hdl.handle.net/11634/17724 PB - Universidad Santo Tomás AB - Con base en la literatura consultada a la fecha, cuando un asfalto es modificado por vía húmeda con polímeros termoplásticos (elastómeros o plastómeros), por lo general se obtiene un incremento notable en su rigidez, expresado a través de la disminución de la penetración y la ductilidad, y el incremento en el punto de ablandamiento, la viscosidad, el grado de funcionamiento (PG) a altas temperaturas de servicio, el módulo de corte (G*) en ensayos de reología, entre otros. Cuando el cemento asfáltico es modificado por vía húmeda, éste es mezclado con el aditivo a elevadas temperaturas durante un tiempo predeterminado. La temperatura y tiempo de mezcla de ambos componentes depende principalmente del tipo de aditivo que se utilice. Durante este proceso de exposición del asfalto a altas temperaturas, sus propiedades físico-químicas cambian, debido principalmente a un proceso de oxidación y envejecimiento del ligante, el cual incide de manera directa en el incremento de la rigidez y la disminución de la ductilidad (Fernández, Rondón, & Reyes, 2011), (Rondón y Reyes, 2015). Por lo general, los estudios realizados sobre asfaltos modificados en el mundo, no discriminan cual es el aporte real del aditivo en el proceso de rigidización del asfalto, y cual es debido a los procesos de exposición del ligante a elevadas temperaturas durante largos períodos de tiempo cuando se modifica el asfalto por vía húmeda. El presente estudio pretende generar un aporte en ese sentido, intentando evaluar, la influencia que tiene la temperatura y los tiempos de exposición a los que son sometidos los asfaltos, cuando se modifican por vía húmeda. Para tal fin se realizaron ensayos de caracterización física (Penetración, Punto de ablandamiento y gravedad específica) sobre un asfalto 60-70 sometido a tres temperaturas y tres tiempos de exposición. Los tiempos y las temperaturas a las cuales se sometió el cemento asfalto se escogieron con base en la revisión bibliográfica, intentando reproducir las condiciones de modificación por vía húmeda. Se considera necesario precisar que, la velocidad de mezclado del cemento asfáltico no fue controlada durante el proceso de sometimiento de las muestras, toda vez a que no fue posible conseguir los medios para realizar dicho control. Así mismo, sobre mezclas MDC-19 fabricadas con estos asfaltos tratados térmicamente, fueron ejecutados ensayos de resistencia bajo carga monotónica Marshall (INV. E-748), carga máxima a Tracción indirecta (INV E-725-13) y pérdida por desgaste por medio del ensayo Cantabro (INV E-760-13). Con base en los resultados obtenidos de los laboratorios realizados en el presente estudio, se permite concluir que, las temperaturas y los tiempos de exposición a los cuales son sometidos los cementos asfálticos durante el proceso de modificación de los mismos por vía húmeda, influyen de manera directa en la respuesta mecánica que experimenta una mezcla MDC-19. Adicionalmente, Altas temperaturas utilizadas para mezclar el asfalto, genera un incremento notable en la consistencia del asfalto, expresado a través de la disminución de la penetración y el incremento en el punto de ablandamiento y la gravedad específica, no obstante, el manipular este material en la mezcla con los agregados se hace complejo, toda vez a que el material pierde condiciones de aglutinante y su cohesión con los agregados disminuye. Finalmente, El fenómeno de envejecimiento sobre el cemento asfáltico producto del tratamiento térmico genero un cambio en su composición y su comportamiento reológico. Este como se pudo apreciar en los resultados obtenidos, se caracteriza por un endurecimiento del asfalto y tuvo dos efectos en la mezcla: primera, incrementar la capacidad de soporte de cargas generadas, y segundo, aumentar la resistencia a la deformación de la mezcla, producto de un aumento en la rigidez. No obstante, esta manipulación del cemento asfáltico reduce la flexibilidad de la mezcla por perdida de ductilidad, conllevando a que la mezcla sea propensa a daños por fatiga y perdida de potencial de recuperación. 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Durante este proceso de exposición del asfalto a altas temperaturas, sus propiedades físico-químicas cambian, debido principalmente a un proceso de oxidación y envejecimiento del ligante, el cual incide de manera directa en el incremento de la rigidez y la disminución de la ductilidad (Fernández, Rondón, & Reyes, 2011), (Rondón y Reyes, 2015). Por lo general, los estudios realizados sobre asfaltos modificados en el mundo, no discriminan cual es el aporte real del aditivo en el proceso de rigidización del asfalto, y cual es debido a los procesos de exposición del ligante a elevadas temperaturas durante largos períodos de tiempo cuando se modifica el asfalto por vía húmeda. El presente estudio pretende generar un aporte en ese sentido, intentando evaluar, la influencia que tiene la temperatura y los tiempos de exposición a los que son sometidos los asfaltos, cuando se modifican por vía húmeda. Para tal fin se realizaron ensayos de caracterización física (Penetración, Punto de ablandamiento y gravedad específica) sobre un asfalto 60-70 sometido a tres temperaturas y tres tiempos de exposición. Los tiempos y las temperaturas a las cuales se sometió el cemento asfalto se escogieron con base en la revisión bibliográfica, intentando reproducir las condiciones de modificación por vía húmeda. Se considera necesario precisar que, la velocidad de mezclado del cemento asfáltico no fue controlada durante el proceso de sometimiento de las muestras, toda vez a que no fue posible conseguir los medios para realizar dicho control. Así mismo, sobre mezclas MDC-19 fabricadas con estos asfaltos tratados térmicamente, fueron ejecutados ensayos de resistencia bajo carga monotónica Marshall (INV. E-748), carga máxima a Tracción indirecta (INV E-725-13) y pérdida por desgaste por medio del ensayo Cantabro (INV E-760-13). 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Cuando el cemento asfáltico es modificado por vía húmeda, éste es mezclado con el aditivo a elevadas temperaturas durante un tiempo predeterminado. La temperatura y tiempo de mezcla de ambos componentes depende principalmente del tipo de aditivo que se utilice. Durante este proceso de exposición del asfalto a altas temperaturas, sus propiedades físico-químicas cambian, debido principalmente a un proceso de oxidación y envejecimiento del ligante, el cual incide de manera directa en el incremento de la rigidez y la disminución de la ductilidad (Fernández, Rondón, & Reyes, 2011), (Rondón y Reyes, 2015). Por lo general, los estudios realizados sobre asfaltos modificados en el mundo, no discriminan cual es el aporte real del aditivo en el proceso de rigidización del asfalto, y cual es debido a los procesos de exposición del ligante a elevadas temperaturas durante largos períodos de tiempo cuando se modifica el asfalto por vía húmeda. El presente estudio pretende generar un aporte en ese sentido, intentando evaluar, la influencia que tiene la temperatura y los tiempos de exposición a los que son sometidos los asfaltos, cuando se modifican por vía húmeda. Para tal fin se realizaron ensayos de caracterización física (Penetración, Punto de ablandamiento y gravedad específica) sobre un asfalto 60-70 sometido a tres temperaturas y tres tiempos de exposición. Los tiempos y las temperaturas a las cuales se sometió el cemento asfalto se escogieron con base en la revisión bibliográfica, intentando reproducir las condiciones de modificación por vía húmeda. Se considera necesario precisar que, la velocidad de mezclado del cemento asfáltico no fue controlada durante el proceso de sometimiento de las muestras, toda vez a que no fue posible conseguir los medios para realizar dicho control. Así mismo, sobre mezclas MDC-19 fabricadas con estos asfaltos tratados térmicamente, fueron ejecutados ensayos de resistencia bajo carga monotónica Marshall (INV. E-748), carga máxima a Tracción indirecta (INV E-725-13) y pérdida por desgaste por medio del ensayo Cantabro (INV E-760-13). Con base en los resultados obtenidos de los laboratorios realizados en el presente estudio, se permite concluir que, las temperaturas y los tiempos de exposición a los cuales son sometidos los cementos asfálticos durante el proceso de modificación de los mismos por vía húmeda, influyen de manera directa en la respuesta mecánica que experimenta una mezcla MDC-19. Adicionalmente, Altas temperaturas utilizadas para mezclar el asfalto, genera un incremento notable en la consistencia del asfalto, expresado a través de la disminución de la penetración y el incremento en el punto de ablandamiento y la gravedad específica, no obstante, el manipular este material en la mezcla con los agregados se hace complejo, toda vez a que el material pierde condiciones de aglutinante y su cohesión con los agregados disminuye. Finalmente, El fenómeno de envejecimiento sobre el cemento asfáltico producto del tratamiento térmico genero un cambio en su composición y su comportamiento reológico. Este como se pudo apreciar en los resultados obtenidos, se caracteriza por un endurecimiento del asfalto y tuvo dos efectos en la mezcla: primera, incrementar la capacidad de soporte de cargas generadas, y segundo, aumentar la resistencia a la deformación de la mezcla, producto de un aumento en la rigidez. No obstante, esta manipulación del cemento asfáltico reduce la flexibilidad de la mezcla por perdida de ductilidad, conllevando a que la mezcla sea propensa a daños por fatiga y perdida de potencial de recuperación. OL Spanish (121)

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Influencia de la temperatura y el tiempo de mezclado en la modificación de un cemento asfáltico

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Con base en la literatura consultada a la fecha, cuando un asfalto es modificado por vía húmeda con polímeros termoplásticos (elastómeros o plastómeros), por lo general se obtiene un incremento notable en su rigidez, expresado a través de la disminución de la penetración y la ductilidad, y el incremento en el punto de ablandamiento, la viscosidad, el grado de funcionamiento (PG) a altas temperaturas de servicio, el módulo de corte (G*) en ensayos de reología, entre otros. Cuando el cemento asfáltico es modificado por vía húmeda, éste es mezclado con el aditivo a elevadas temperaturas durante un tiempo predeterminado. La temperatura y tiempo de mezcla de ambos componentes depende principalmente del tipo de aditivo que se utilice. Durante este proceso de exposición del asfalto a altas temperaturas, sus propiedades físico-químicas cambian, debido principalmente a un proceso de oxidación y envejecimiento del ligante, el cual incide de manera directa en el incremento de la rigidez y la disminución de la ductilidad (Fernández, Rondón, & Reyes, 2011), (Rondón y Reyes, 2015). Por lo general, los estudios realizados sobre asfaltos modificados en el mundo, no discriminan cual es el aporte real del aditivo en el proceso de rigidización del asfalto, y cual es debido a los procesos de exposición del ligante a elevadas temperaturas durante largos períodos de tiempo cuando se modifica el asfalto por vía húmeda. El presente estudio pretende generar un aporte en ese sentido, intentando evaluar, la influencia que tiene la temperatura y los tiempos de exposición a los que son sometidos los asfaltos, cuando se modifican por vía húmeda. Para tal fin se realizaron ensayos de caracterización física (Penetración, Punto de ablandamiento y gravedad específica) sobre un asfalto 60-70 sometido a tres temperaturas y tres tiempos de exposición. Los tiempos y las temperaturas a las cuales se sometió el cemento asfalto se escogieron con base en la revisión bibliográfica, intentando reproducir las condiciones de modificación por vía húmeda. Se considera necesario precisar que, la velocidad de mezclado del cemento asfáltico no fue controlada durante el proceso de sometimiento de las muestras, toda vez a que no fue posible conseguir los medios para realizar dicho control. Así mismo, sobre mezclas MDC-19 fabricadas con estos asfaltos tratados térmicamente, fueron ejecutados ensayos de resistencia bajo carga monotónica Marshall (INV. E-748), carga máxima a Tracción indirecta (INV E-725-13) y pérdida por desgaste por medio del ensayo Cantabro (INV E-760-13). Con base en los resultados obtenidos de los laboratorios realizados en el presente estudio, se permite concluir que, las temperaturas y los tiempos de exposición a los cuales son sometidos los cementos asfálticos durante el proceso de modificación de los mismos por vía húmeda, influyen de manera directa en la respuesta mecánica que experimenta una mezcla MDC-19. Adicionalmente, Altas temperaturas utilizadas para mezclar el asfalto, genera un incremento notable en la consistencia del asfalto, expresado a través de la disminución de la penetración y el incremento en el punto de ablandamiento y la gravedad específica, no obstante, el manipular este material en la mezcla con los agregados se hace complejo, toda vez a que el material pierde condiciones de aglutinante y su cohesión con los agregados disminuye. Finalmente, El fenómeno de envejecimiento sobre el cemento asfáltico producto del tratamiento térmico genero un cambio en su composición y su comportamiento reológico. Este como se pudo apreciar en los resultados obtenidos, se caracteriza por un endurecimiento del asfalto y tuvo dos efectos en la mezcla: primera, incrementar la capacidad de soporte de cargas generadas, y segundo, aumentar la resistencia a la deformación de la mezcla, producto de un aumento en la rigidez. No obstante, esta manipulación del cemento asfáltico reduce la flexibilidad de la mezcla por perdida de ductilidad, conllevando a que la mezcla sea propensa a daños por fatiga y perdida de potencial de recuperación.

Abstract

Based on the literature consulted to date, when an asphalt is modified wet with thermoplastic polymers (elastomers or plastomers), a remarkable increase in its rigidity is usually obtained, expressed through the decrease in penetration and ductility, and the increase in the softening point, the viscosity, the degree of operation (PG) at high service temperatures, the cutting module (G *) in rheology tests, among others. When the asphalt cement is wet modified, it is mixed with the additive at elevated temperatures for a predetermined time. The temperature and time of mixing of both components depends mainly on the type of additive used. During this process of exposing asphalt to high temperatures, its physical-chemical properties change, mainly due to a process of oxidation and aging of the binder, which directly affects the increase in stiffness and the decrease in ductility (Fernández, Rondón, & Reyes, 2011), (Rondón and Reyes, 2015). In general, the studies carried out on modified asphalts in the world, do not discriminate what is the real contribution of the additive in the stiffening process of the asphalt, and what is due to the processes of exposure of the binder at high temperatures for long periods of time when the asphalt is modified wet. The present study tries to generate a contribution in that sense, trying to evaluate, the influence that has the temperature and the times of exhibition to which the asphalts are submitted, when they are modified by wet way. For this purpose, physical characterization tests (penetration, softening point and specific gravity) were carried out on an asphalt 60-70 subjected to three temperatures and three exposure times. The times and temperatures at which the asphalt cement was subjected were chosen based on the literature review, trying to reproduce the wet modification conditions. It is considered necessary to specify that the mixing speed was not controlled during the process of submitting the samples, since it was not possible to obtain the means to carry out said control. Likewise, on MDC-19 mixtures manufactured with these thermally treated asphalts, resistance tests were carried out under monotonic load Marshall (INV E-748), maximum load with indirect traction (INV E-725-13) and loss by wear by half of the Cantabro trial (INV E-760-13). Based on the results obtained from the laboratories carried out in the present study, it is possible to conclude that, the temperatures and the exposure times to which the asphaltic cements are subjected during the process of modifying them by wet process, influence in a direct in the mechanical response that a MDC-19 mix experiences. Additionally, high temperatures used to mix the asphalt, generates a remarkable increase in the consistency of the asphalt, expressed through the decrease of the penetration and the increase in the point of softening and the specific gravity, however, the manipulation of this material in the mixture with the aggregates becomes complex, every time the material loses binder conditions and its cohesion with the aggregates decreases. Finally, the aging phenomenon on the asphalt cement product of the thermal treatment generated a change in its composition and its rheological behavior. This was seen in the results obtained, is characterized by a hardening of the asphalt and had two effects on the mixture: first, increase the support capacity of loads generated, and second, increase the resistance to deformation of the mixture, product of an increase in rigidity. However, this handling of the asphalt cement reduces the flexibility of the mixture due to loss of ductility, leading to the mixture being prone to damage by fatigue and loss of recovery potential.

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