Emulsiones asfalticas

GeneralidadesGeneralidades

Diferentes usos y aplicaciones en

vías de comunicación

Diferentes usos y aplicaciones en

vías de comunicación

Asfalto en Pavimentaciones

Cemento Asfaltico.- Extremadamente viscoso

• Calentamiento

– Mezclas en caliente (Concreto asfáltico)

• Dilución con solventes deriv. de petroleo

– Diluídos (Mezclas en frío, imprimantes.)

• Emulsificación con agua

– Emulsión Asfáltica (Mezclas en frío, reciclados, liga,

micro-pavimentos,etc)

Cemento Asfaltico.- Extremadamente viscoso

• Calentamiento

– Mezclas en caliente (Concreto asfáltico)

• Dilución con solventes deriv. de petroleo

– Diluídos (Mezclas en frío, imprimantes.)

• Emulsificación con agua

– Emulsión Asfáltica (Mezclas en frío, reciclados, liga,

micro-pavimentos,etc)

Comparación

caliente – diluído - emulsion

VentajasVentajas DesventajasDesventajasProceso de curado

Mezclas en caliente

Aplicacion Aplicacion Siempre continuaSiempre continua

HumosHumos CostoCosto

Por enfriamiento

Diluídos TrabajabilidadTrabajabilidadContaminacionContaminacion

AtmosfericaAtmosferica

Evaporacion del solvente

Emulsion

No contaminante No contaminante

menor costomenor consumo de energia

menor costomenor consumo de energia

Emulsion debera Emulsion debera

Ser manejada Ser manejada

Con cuidadoCon cuidado

Rompimiento,

Coalescencia,

Expulsion agua

CombustibleCombustible

EnergiaEnergia

Tipo de asfalto

Objetivo

• Conocer las ventajas de las emulsiones

asfálticas usadas en pavimentación

• Propiedades físicas y químicas– en relación a:

• Estabilidad (almacenaje y manejo)

• Rendimiento (aplicaciones)

• Breve revisión de varios usos

• Conocer las ventajas de las emulsiones

asfálticas usadas en pavimentación

• Propiedades físicas y químicas– en relación a:

• Estabilidad (almacenaje y manejo)

• Rendimiento (aplicaciones)

• Breve revisión de varios usos

QUIMICA DE LAS

EMULSIONES

ASFALTICAS

QUIMICA DE LAS

EMULSIONES

ASFALTICAS

Emulsiones asfálticas.- Definición

• Dispersión de micro-partículas de cemento asfáltico

en una matriz acuosa estabilizada

O/WO/W W/OW/O W/O/WW/O/W

oil-in-wateroil-in-water

emulsionemulsion

water-in-oil water-in-oil

(inverted emulsion)(inverted emulsion)

multiple multiple

emulsionemulsion

EMULSION ASFALTICA

Emulsion = aceite en agua

asfalto

agua

Clasificacion de emulsiones de acuerdo

a su ruptura y carga de partícula

Grados de

emulsionesCationica Anionica Aplicaciones

Rapida - riegosCRS SS

Tratamientos

superficiales

MediaCMS MS Mezclas abiertas

LentaCSS SS Mezclas densas

Rapida - mezclasCQS -

Mortero asfalticoMicro-pavimento

EMULSIFICANTE CATIONICO

R-NH + HCl R-NH + Cl

Amine Acid Ammonium

ion

Chloride

ion

-+2 3

SPECIFICATIONS

Test method Standard CRS-1 CRS-2 CMS-2 CMS-2h CSS-1 CSS-1h

Residual content, % ASTM >60 >65 >65 >65 >60 >60

Viscosity, SF, 25°C, sec. ASTM 20 -100 20 - 100

Viscosity, SF, 50°C, sec. ASTM 20 -100 100 - 400 50 - 450 50 - 450

Sieve test, 850 mic. % 24 hours

ASTM<0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1

Sieve test, 125 mic. % 24 hours AA <0,1 >0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1

Breaking index, gram FAS <90 <90 <140 <140

Storage stability, % ASTM <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0 <1,0

Cement mixing, % ASTM <2,0 <2,0

Penetration, mm/10 ASTM 100-250 100-250 100-250 40 - 90 100-250 40-90

ENSAYOS Y PRUEBAS -EMULSIONES ASFALTICASENSAYOS Y PRUEBAS -EMULSIONES ASFALTICAS

•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

•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

Características físico-químicas de las emulsiones

Producción.- Dispersión macánica a través de un molino

coloidal

Producción.- Dispersión macánica a través de un molino

coloidal

Almacenamiento.- Período de reposo para reducir su actividad

dinámica

Almacenamiento.- Período de reposo para reducir su actividad

dinámica

Rompimiento.- Inicio de la separación del agua de la matrízRompimiento.- Inicio de la separación del agua de la matríz

Fraguado.- Expulsión total del agua, el asfalto desarrolla

sus propiedades

Fraguado.- Expulsión total del agua, el asfalto desarrolla

sus propiedades

Composición de emulsiones asfálticas

Cemento asfáltico 62 %Cemento asfáltico 62 %

Solución jabonosa 38 %Solución jabonosa 38 %

Agua potable 98 %Agua potable 98 %

Emulsificante 1 %Emulsificante 1 %

Acido clorhídrico 1 %Acido clorhídrico 1 %

(A.- Modificación con polímeros tipo SBS)

(B.- Modificación con polímeros tipo SBR)

Composición química de

los emulsificantes

Cl-

+ -

Groupo polar

Hidrofílica

CC

N+

H H

H H

CH 3

CH 3

CH 3

RC

C

H H

H H

Cadena hidrocarbonosa

Hidrofóbica

Tipos de emulsión

Determinada por el tipo de emulsificante

Catiónica - Positiva

Aniónica - Negativa

No iónica - No carga

Carga de partículaEmulsion

Carga de partícula y

tipos de emulsión

• Positiva - catiónica

• Negativa - aniónica

• No carga - no-iónica

• Determinada por el

tipo de emulsificante

Funciones de los emulsificantes

• Facilitar el proceso de emulsificación

– reduciendo tensión interfase entre el agua y el

asfalto

• Estabilizar la emulsión

– durante la formación, almacenaje y

transportación

• Producir tipo de emulsión, influencia en

rendimiento– características de ruptura y curado

PREPARACION FASE-ACUOSAPREPARACION FASE-ACUOSA

• Adicion de agua

• Calentamiento del agua

• Adicion 80% de total de acido

• Adicion del emulsificante, (estabilizador)

• Ajustar el pH al punto deseado

• (Adicion de latex)

• Adicion de agua

• Calentamiento del agua

• Adicion 80% de total de acido

• Adicion del emulsificante, (estabilizador)

• Ajustar el pH al punto deseado

• (Adicion de latex)

Acido en la preparación de

solución jabonosa

Acido en la preparación de

solución jabonosa

•Estabilizador del agua potable

•Condiciona el pH para establecer estabilizacion

•Confiere características iónicas a la emulsión

•Adiciona manejabilidad al emulsificante en fase acuosa

•Coadyuva en la reactividad de agregados

•Confiere estabilidad adicional a la emulsión

•Estabilizador del agua potable

•Condiciona el pH para establecer estabilizacion

•Confiere características iónicas a la emulsión

•Adiciona manejabilidad al emulsificante en fase acuosa

•Coadyuva en la reactividad de agregados

•Confiere estabilidad adicional a la emulsión

CRS - 2CRS - 2

ruptura rapidacationica

65% asfalto

CSS - 1hCSS - 1h

cationicaruptura lenta

asfalto duro

57% asfalto

HFMS - 2sHFMS - 2s

Alta flotacion

Ruptura media anionica 65% asfalto

con solvente

Nomenclatura ASTM de emulsionesNomenclatura ASTM de emulsiones

PRODUCCION Y

ALMACENAMIENTO

PRODUCCION Y

ALMACENAMIENTO

Producción de emulsión asfáltica

Cemento

asfáltico

Molino

Coloidal

Emulsión

Asfaltica

Solución

jabonosa

Agua

Emulsificante

Acido

Dinámica durante el proceso

de emulsificación

Surfactantes en

la fase intermedia

Distribución y tamaño de partícula

Planta para producción de emulsión asfáltica

TANQUES CONVENCIONALES DE ALMACENAJE DE

EMULSION ASFALTICA

TANQUES CONVENCIONALES DE ALMACENAJE DE

EMULSION ASFALTICA

Tanques aislados:

A.- Cuando temperatura

ambiental bajo cero

B.- Cuando se considere

almacenar emulsion (CRS) ruptura rapida

AsentamientoCremosidad

Estabilidad al almacenamiento

Factores de influencia en

sedimentaciones

• Contenido asfáltico

• Tamaño de partícula

• Floculación

• Densidad del asfalto

comparada con agua

• Fase acuosa

• Viscosidad

Floculación y coalescencia

+

+

+

+

+

-

--

--

Repulsión electrostática

Acumulacion o adhesion de particulas de asfalto en grupos

Fusion de las particulas agrupadas

Almacenaje y manejo

Coalescencia es la causa principal de deterioro

de emulsiones

– Temperaturas del agua cercanas a puntos de

ebullicion y congelamiento

– Corte excesivo

Bombeo, agitacion y durante transportacion

– Contacto con materiales incompatibles

Cationica vs anionica

Solventes y otros productos de petroleo

1.-Reactividad de agregados

area y carga superficial, quimica superficial

quimica de finos minerales: cemento, cal.

temperatura, humedad, velocidad del viento

2.-Reactividad de la emulsion

Quimica del emulsificante, concentracion

Otros aditivos

Viscosidad del asfalto

3.-Tratamiento mecanico e.g.compactacion

Factores que afectan ruptura y curado

Acidez del asfalto

TIPOS DE EMULSIFICANTETIPOS DE EMULSIFICANTE

Ventajas de emulsiones catiónicas

aplicaciones en vias

• Ruptura y curado rápido

• Promueven adhesión con la mayoría de

agregados

Propiedades en relación a

estabilidad y rendimiento de

emulsiones asfálticas

Tamaño de partícula

Viscosidad

Floculación y coalescencia

Estabilidad al almacenaje

Proceso de ruptura y curado

Adhesión con agregados

2. Viscosidad

• Consistencia y

manejabilidad

• Permanece dentro

de los limites

durante toda la vida de la emulsion

55 60 65 70

Asphalt Content %

0

10

20

30

40viscosity

Degrees Engler

source: Bitumen Emulsions (SFERB)

Viscosidad de la emulsion

asfaltica depende del tamano de

particula

200

400

600

10 20 30 40

viscosidad a bajo indice de corteViscosidad m

Pa.s

Tamano promedio de particula (micron)

viscosidad a alto indice de corte

Proceso de adhesión asfáltica en frío

++

+

+

+

+

+

+

Por adhesión electrostática

+

agregado agregado

Micro-particulas

de asfalto

Proceso de adhesión asfáltica en frío

+

+

+

+

+

+

+

+

agregado agregado

Micro-particulas

de asfalto

Adhesión químicaAdhesión química

contact of emulsion with aggregate

adsorption of 'free' emulsifier

electrophoresis of droplets to

surface

coagulation/spreading over surface

Posible etapas en la deposicion (setting) dePosible etapas en la deposicion (setting) de

una emulsion asfalticauna emulsion asfaltica

Ruptura y curado

• Deposicion/Ruptura (setting/breaking)– proceso de inestabilidad en emulsiones

– no puede ser mas diluida en agua

• Curado– agua es expulsada y/o evaporada

– las propiedades asfalto residual son alcanzadas

APLICACIONES

CON EMULSIONES

ASFALTICAS

APLICACIONES

CON EMULSIONES

ASFALTICAS

Mezclas en frío

• Densas

• Abiertas

• Con arena

• Con suelo nativo (estabilización de suelos)

Ventajas:

• Utilización de agregados húmedos

• Diferente orígen pétreo

• Curbas granulométricas variadas

• Estabilidades aceptables

Planta común de producción de mezcla en fríoPlanta común de producción de mezcla en frío

Planta para mezcla en frío equipada con

sistema de inyección de emulsión

a doble fase

Alimentación agregados finos

fase inicial de mezcla con

emulsión ruptura lenta - CSS

Alimentación agregado gruesos

fase posterior de mezcla con

emulsión ruptura media - CMS

Proceso de producción de mezcla en frío

Carpeta mezcla en frio con emulsion - Mexia TX USA

Mezclas en frio cont….

• Mezcladas en sitio

• Mezcladas en planta en frio

• En planta mezcladas en caliente

• Mezclas para bacheo

• Para uso inmediato

– Para acopiarse (HFMS-2)

– Con material RAP (Reclaimed Asphalt Pavement)

Mezclas en frio (New York)

Malla % pasante

3/4 “ 100

1/2” 92

3/8” 77

#4 48

#8 27

#40 16

#100 10

#200 6

Emulsion: CSS-1h

Asfalto: AC-20

Humedad % : 5.5

Asfalto Residual % : 5.5

Mezclador: Mezclador de paletas (transportable)

Terminadora: Barber-Greene 980 espesor 4”

Compactacion: Vibratorio 12 ton 1er pase on 2-4 pases off

Densidad: 94 % maximo teorico en 60 horas

Agregados:

Mezclas en frio (Alaska)

Malla % pasante

#4 100

#10 100

#40 96

#50 88

#80 63

#200 9

Emulsion: CSS-1

Asfalto: AC-5

Humedad % : 6


Mezclador: Mezclador de paletas (transportable)

Terminadora: Blaw Knox 220 espesor 4”

Compactacion: Neumatico 12 ton 2 pases

Vibratorio 15 ton 2 pases


Agregados:

Mezclas en frio (Illinois)

Malla % pasante

1 “ 100

1/2” 95.4

#4 68.2

#16 37.5

#200 10.6

Emulsion: CSS-1h

Asfalto: AC-10

Humedad % : 5.8


Mezclador: Mezclador de paletas (transportablel)

Terminadora: Blaw Knox espesor 4”

Compactacion: Neumatico 8 ton 2 pases

Vibratorio 15 ton 2 pases


Agregados:

Reciclado con emulsiones

• Reciclado en frio

– en sitio

– mezclado en planta

• A profundidad total

• Es necesario tratamiento de superficie

Dependiendo del trafico

– Tratamiento superficial, mortero asfaltico

micro-pavimento, sobre-carpeta en caliente.

Reciclado en frío a profundidad total

Reciclado de pavimento en frío con emulsión

Adición de agregado virgen

Proceso de estabilización de suelos con emulsión

Uso de mezclas con emulsion

1 .-Superficie de desgaste (densas)

Para todo tipo de trafico

2 .-Superficie de rodamiento(abiertas)

Normalmente para trafico medio y ligero.

2 .- Base y sub-base

Todo tipo de trafico

3 .-Mezclas para acopio

Uso inmediato, mezclas p/bacheo.

Aplicación mortero asfáltico - Phoenix AZ.Aplicación mortero asfáltico - Phoenix AZ.

Aplicacion de micro-pavimento en Departamento de La Paz en BoliviaAplicacion de micro-pavimento en Departamento de La Paz en Bolivia

Aplicación de mortero asfáltico -Aimogasta Provincia de La Rioja, ArgentinaAplicación de mortero asfáltico -Aimogasta Provincia de La Rioja, Argentina

Mortero asfaltico - Aeropuerto Ciudad Victoria Tam. MexicoMortero asfaltico - Aeropuerto Ciudad Victoria Tam. Mexico

Mortero asfaltico - Aeropuerto de Ciudad Victoria Tam. Mex.Mortero asfaltico - Aeropuerto de Ciudad Victoria Tam. Mex.

Mortero asfáltico - Cuencamé Durango, MexicoMortero asfáltico - Cuencamé Durango, Mexico

Mortero asfáltico

Carr. Panamericana Norte Km 1300

Región de Atacama,Chile

Mortero asfáltico - Region III Copiapó, Chile

Mortero asfaltico sobre pavimento reciclado c/emulsion

Mirimire, Edo. Falcon - Venezuela

Mortero asfaltico sobre pavimento reciclado c/emulsion

Mirimire, Edo. Falcon - Venezuela

Aplicacion mortero asfaltico en Popayan, ColombiaAplicacion mortero asfaltico en Popayan, Colombia

Recuperacion vial en GuatemalaRecuperacion vial en Guatemala

Pruebas en aeropuerto Mariscal Sucre, Quito EcuadorPruebas en aeropuerto Mariscal Sucre, Quito Ecuador

Micro-carpeta anti-derrapante - Monterrey NL MexicoMicro-carpeta anti-derrapante - Monterrey NL Mexico

Conservacion de vias urbanas- Monterrey NL MexicoConservacion de vias urbanas- Monterrey NL Mexico

Micro-pavimento en Edo. de Minas Gerais, Brasil

Rodovia Rio de Janeiro-Juiz de Fora

Micro-pavimento en Edo. de Minas Gerais, Brasil

Rodovia Rio de Janeiro-Juiz de Fora

Micro-pavimento en Edo. De Sao Paulo, Brasil

Rodovia Bandeirantes SP-230

Micro-pavimento en Edo. De Sao Paulo, Brasil

Rodovia Bandeirantes SP-230

Micro-pavimento en Edo. Rio Grande do Sul, BrasilMicro-pavimento en Edo. Rio Grande do Sul, Brasil

Conservación de rodovía BR-40

RJ Brasil

Conservación de rodovía BR-40

RJ Brasil

Rodovía BR-40 - Estado de Rio de Janeiro BrasilRodovía BR-40 - Estado de Rio de Janeiro Brasil

FINFIN

Aplicacion de micro-pavimento sobre

tratamiento superficial con la utilizacion de

emulsiones modificadas con polimeros

Sobre pavimentos/carpetas muy desgastadas:

• Nueva superficie de desgaste

• Sellado absoluto de superficie

• Recuperacion de propiedades anti-derrapantes

• Correccion perfiles de nivelacion incluyendo ahuellamientos

SELLO DEL CABO MODIFICADOSELLO DEL CABO MODIFICADO

CARPETA ASFALTICA

BASE

TRATAMIENTO SUPERFICIAL

SENCILLO


SENCILLO

MICRO-PAVIMENTO TIPO IIMICRO-PAVIMENTO TIPO II


CARPETA

SELLO DEL CABO APLICACION EN CORTE ESQUEMATICO

SELLO DEL CABO APLICACION EN CORTE ESQUEMATICO

MICRO-PAVIMENTO

Sentido de aplicacion

APLICACION DEL TRATAMIENTO SUPERFICIALAPLICACION DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL

APLICACION DE MICRO-PAVIMENTOAPLICACION DE MICRO-PAVIMENTO

Sello del cabo modificado - Waco TXSello del cabo modificado - Waco TX

Sello del Cabo tipo Texas - Av Franklin Waco TX USASello del Cabo tipo Texas - Av Franklin Waco TX USA

Aplicación de sello del cabo modificadoAplicación de sello del cabo modificado

Sello del cabo modificado en detalleSello del cabo modificado en detalle

Aplicación sello del cabo tipo Texas

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Emulsiones asfalticas