Procesamiento betún
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Procesamiento
Betún con caucho desmenuzado
Hay dos métodos para agregar el caucho molido de los neumáticos a la mezcla de asfalto: 1-) modificación del betún con proceso húmedo, 2-) usando el caucho molido como parte de la mezcla de asfalto con modificación parcial del betún seco proceso seco. En el primer método se obtiene aglutinante caucho-betún modificado, mientras que en el segundo se crea una mezcla asfáltica modificada con caucho.
Proceso húmedo
Para cumplir con la norma ASTM D8 (2002), el aglutinante de caucho-betún (o asfalto-caucho, según la terminología estadounidense) se define como una mezcla de aglutinante de betún, caucho desmenuzado de llantas de desecho (al menos 15% (en peso)) y aditivos que reducen la viscosidad, en los que los componentes de caucho del aglutinante modificado 'reaccionan' con el betún caliente, aumentando significativamente su volumen. El primer método para agregar caucho al ligante bituminoso fue desarrollado por Hancock en 1823. Cassell en 1844 informó sobre los principios del proceso de fabricación del ligante que contiene caucho natural. La primera aplicación de este aglutinante fue la construcción de una calle en Cannes en 1960. McDonald desarrolló una tecnología industrial para producir aglomerante de caucho y betún (McDonald, 1981). Para producir aglomerante de caucho-betún, se utiliza caucho desmenuzado de un tamaño de hasta 1 mm. El proceso de modificación se lleva a cabo a temperaturas que oscilan entre 170 y 220°C durante 1 a 3 horas. Una temperatura más alta para este proceso reduce la flexibilidad del aglutinante. El tiempo óptimo para mezclar betún con caucho es de aproximadamente 2 horas. Un tiempo de mezcla más prolongado mejora las propiedades del aglutinante de caucho y betún, pero no se recomienda debido al aumento sustancial de los costos de producción. El caucho granulado añadido al betún caliente se hincha mediante la absorción de las fracciones ligeras del betún y los aditivos plastificantes. Se informó que el caucho desmenuzado cuando se mezcla con betún y se almacena a una temperatura de aproximadamente 200°C durante 20 minutos aproximadamente duplica su volumen. Dependiendo del método de producción, el aglomerante de caucho y betún se puede utilizar para fabricar una mezcla de asfalto inmediatamente después de la producción debido a la inestabilidad del aglomerante (aglutinante no almacenable) o se puede almacenar. La producción de un aglutinante de caucho-betún no almacenable es la siguiente:
- El caucho molido se coloca en un alimentador especial
- Desde el alimentador, se agrega una cierta cantidad de caucho granulado al mezclador con un betún (fundente de betún)
- Mezclar los ingredientes en el mezclador toma aproximadamente 1 hora
- La maduración del ligante caucho-betún se realiza en tanques de transporte
El betún de caucho almacenable requiere atención adicional para proporcionar un aglutinante homogéneo y estable en el tiempo. La fabricación de caucho-betún almacenable se lleva a cabo en mezcladores especiales y molinos coloidales a 175–185°C. La mezcla de los ingredientes del aglutinante tarda aproximadamente 2 horas hasta que el aglutinante alcanza una viscosidad de 0,6 Pa◊s. Una vez finalizado el proceso de mezcla, la temperatura del aglutinante se reduce entre 15 y 20°C y el aglutinante se almacena, sin agitar, en un recipiente herméticamente cerrado a 160°C. Los aglutinantes de caucho y betún pueden almacenarse sin un cambio significativo de propiedades hasta por 2 semanas).
Proceso seco
El método seco se desarrolló en la década de 1960 en Suecia. En el método seco, el caucho desmenuzado juega principalmente el papel de un agregado y el caucho solo modifica parcialmente el aglutinante bituminoso. Aunque este método es tecnológicamente más simple, las valiosas propiedades del caucho no se aprovechan por completo. El caucho se agrega a un tamaño de grano intermitente en la mezcla mineral antes de que se mezcle con un aglutinante de betún, y se usa principalmente caucho desmenuzado con tamaños de grano de 2 mm a 6 mm. El caucho molido se agrega a la mezcla mineral tibia en una cantidad de 1 a 3% en peso de agregado. La temperatura del agregado es de 160–180°C durante un tiempo de mezcla de 15–30 segundos. Luego, después de mezclar el caucho desmenuzado con el agregado, se agrega el betún. El contenido de betún es aproximadamente un 1% (en peso) más alto que en las mezclas asfálticas tradicionales. El tiempo total de mezcla varía de aproximadamente 120 a 180 segundos. La mezcla de asfalto después de la adición de caucho desmenuzado se puede almacenar en un recipiente de premezclado durante 3-5 horas. Durante este tiempo, el betún se modifica parcialmente con caucho y la mezcla obtiene mejores propiedades viscoelásticas. Las mezclas preparadas por el proceso seco tienen una aplicación más limitada en comparación con las mezclas preparadas por el proceso húmedo. Estas mezclas se utilizan particularmente en climas fríos, especialmente para reducir el deslizamiento de los neumáticos en carreteras cubiertas de hielo.
Preparación de aglutinantes modificados
El proceso apropiado de modificación es variable de acuerdo al tipo de polímero, polímeros del tipo SBS requieren etapas de molienda y otros como el tipo EVA requieren solamente proceso de agitación.
Polímeros Tipo I. EVA: En esta no se requiere un molino, solamente es con agitación y temperatura, en un tiempo corto el polímero se funde y se incorpora al asfalto. Por lo regular son 2 horas a 180°C, el control de calidad se observa mediante la prueba visual para polímeros del tipo III.
Otro metodo 1. Para la preparación de mezclas de EVA, el betún se calienta a una temperatura de 170°C. Cuando el betún alcanza una temperatura de 170°C, se añadie al betún los diferentes contenidos en masa de polímero EVA (3 a 9%). La temperatura se mantiene entre 175°C y 180°C y luego se continua mezclando durante 80-90 minutos dependiendo de la cantidad de polímero a añadir.
Otro metodo 2. El copolímero de EVA, se utiliza como modificador de betún mediante una adición del 5% en peso en betún fundido a 150°C. El proceso de dispersión se realiza en dos pasos con la ayuda de un homogeneizador de alto cizallamiento Silverson L5M:
1) paso de fusión a 3500 rpm durante 15 minutos
2) paso de mezclado a 5000 rpm durante 1 hora.
Para polímeros tipo II. Látex SBR. La operación de modificación se lleva a cabo a una temperatura de 160°C a 170°C. La adición del látex se realiza mediante una bomba de diafragma que puede ser adicionada mediante aire o motor eléctrico. El tiempo de agitación depende del equipo empleado. Los tiempos normales para todo el proceso del látex y mezclado oscilan entre 1.5 y 2 horas.
Para polímeros tipo III. SBS. Etapa 1. Evaluar el asfalto base. Etapa 2. Incrementar la temperatura del asfalto. Etapa 3. Proceso de molienda y/o homogeneización asfalto - polímero. Se requiere de un molido de alto corte. Etapa 4. Controlar la calidad a través de microscopia óptica. Etapa 5. Finalización de la reacción. Control de calidad realizando corrida de pruebas físicas para asfaltos modificados después de 24 horas de reacción. Las temperaturas de mezclado son de 180°C a 190°C. Y el tiempo de mezclado varía dependiendo de la dispersión del polímero.
Basado en el rendimiento óptimo, el aglutinante se emulsiona en fase acuosa en presencia de 0,5 % en peso de tensioactivo. El proceso de emulsificación se realiza en un molino coloidal Denimotech DT03, y la emulsión se recogie en un recipiente presurizado. Los porcentajes de aglutinante son de 65 y 70% en peso correspondientes a aplicaciones típicas de emulsión, como micro-superficies y selladores de virutas, respectivamente. Durante la emulsificación, se recomienda una baja viscosidad de la fase bituminosa, tan baja como 200 mPas o menos, para facilitar el proceso de rotura y dispersión y con una temperatura de la fase acuosa a 50°C.
Factores que influyen en el asfalto modificado
con hule molido
La interacción entre el asfalto y el hule se ha explicado tradicionalmente como un
proceso por el que este último incorpora en sus cadenas poliméricas parte de los
componentes más volátiles del asfalto. El grano del caucho o hule se ablanda y
sufre un cierto hinchamiento. El resultado es el aumento de la viscosidad del
ligante, este proceso se ve afectado por diversos factores que a continuación se
mencionan.
Características del asfalto original
El empleo de asfaltos de alta penetración conduce a asfaltos-caucho poco
consistentes a altas temperaturas, por el contrario, los asfaltos con poca
penetración dan lugar a asfaltos-caucho demasiado rígidos a bajas temperaturas.
Composición del hule
Las variaciones en la composición del hule procedente del neumático de desecho
no suelen ser significativas.
Incorporación de aceites compatibles y otros aditivos
La función principal de los aceites es limitar la viscosidad para facilitar la aplicación
del producto, así como disminuir su módulo a bajas temperaturas. Otros aditivos frecuentes son polímeros con alto contenido de hule natural, que se
descomponen e incorporan en el asfalto a temperaturas más bajas que el hule de
neumáticos, proporcionando al ligante modificado mayor adhesividad y flexibilidad
pero no reducen la susceptibilidad térmica tanto como el hule de neumáticos.
Contenido de hule en la mezcla
Al aumentar el contenido del hule se incrementa el grado de modificación del
asfalto modificado con hule. Al realizarse pruebas con un asfalto AC-20 de
aproximadamente penetración 60/70, con hule menor a 1.25mm, el período de
interacción fue de 90 minutos a 176°C y empleando el mismo método de mezcla
se llega a la conclusión de que a mayor contenido de hule sobre el asfalto,
aumenta claramente la viscosidad, así como el punto de reblandecimiento y el
porcentaje de retorno elástico.
Granulometría del hule
Cuanto menor es el tamaño de las partículas de hule, mayor será su superficie
específica y con ella el grado de interacción con el asfalto; como efecto contrario
se ha observado que las partículas más pequeñas tienden a despolimerizarse, lo
que supone una disminución de la viscosidad.
Superficie específica
Esta propiedad no sólo depende de la granulometría del hule sino que también se
relaciona con el procedimiento de molienda a que ha sido sometido.
Impurezas del hule
Estas impurezas son desde humedad, acero y fibras, hasta cualquier
contaminante. La humedad puede provocar vapor de agua al mezclar hule y
asfalto. Por ello, el hule debe analizarse periódicamente introduciendo muestras
en estufa a 100°C, hasta peso constante.
Mezclador empleado
En general, los asfaltos modificados con hule fabricados por medios mecánicos
apropiados presentan una menor dispersión en la viscosidad (homogeneidad) y
una disminución algo más asentada de cíclicos, tratándose por tanto de una
interacción asfalto-hule más completa.
Tiempo y temperatura de reacción
Al aumentar la temperatura se acelera la interacción química entre el asfalto y el
hule, con temperaturas entre 165 y 200°C. El almacenamiento posterior no debe
superar los 150 –160°C para evitar la degradación del hule.
En cuanto a tiempos de mezclado, suelen ser suficientes períodos de no más de
una hora, sobre todo si se almacena en caliente la mezcla en un segundo tanque
provisto de agitación. La viscosidad aumenta en cuanto sube la temperatura y es
mayor el tiempo de mezclado.