Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Pamela Ramirez Vidal Alan I.Q 5°semestre I.Q semestre

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Asfalto y aditivos abatidores de viscosidad

IQ. Rodolfo Ruiz Trejo IQ. Alejandra

Folios:230,232

Folios:230,232

Resumen

Opinion

Pamela

Introducción

Desde el punto de vista de composición química, los asfaltos son mezclas complejas de hidrocarburos de alto peso molecular, con una notable proporción de heteroátomos (Oxígeno, Azufre, Nitrógeno) y cierta cantidad de metales, tales como Vanadio y Níquel.

Adicionalmente, la mayoría de los asfaltos muestran en su composición ciertas sales orgánicas solubles en la forma de microcristales. Todos estos constituyentes proporcionan las características físicas, reológicas, coloidales y de durabilidad en el asfalto.

Desde el punto de vista estructural, se considera al asfalto como una sustancia coloidal compuesta de varias fracciones, siendo las principales los asfaltenos, los maltenos, las resinas, y los carbenos. Los asfáltenos son sustancias policíclicas de alto peso molecular (>5000), aglomeradas en forma de partículas sólidas y constituyen la fase coloidal dispersa en el asfalto. Se ha determinado que los asfáltenos son típicamente compuestos de hidrocarburos aromáticos con cadenas laterales parafínicas en grado variable, dependiente de la procedencia del crudo y las condiciones de elaboración del asfalto. Los asfaltenos pueden ser precipitados utilizando disolventes saturados y volátiles, tales como el "spirit" de petróleo IP (sulfonado y con rango de ebullición entre 60 y 80° C), npentano o n-heptano; son solubles en benceno, pero insolubles en hexano.

La cantidad de asfaltenos precipitados, así como su naturaleza, puede variar dependiendo del tipo de solvente que se utilice. La parte no precipitada corresponde a los maltenos.

Los aceites (maltenos) representan los hidrocarburos de menor peso molecular, son líquidos a temperatura ambiente y constituyen la fase continua del sistema coloidal. Los asfáltenos le confieren al asfalto la dureza y los maltenos le proporcionan las propiedades de adhesividad y ductilidad; las resinas y carbenos tienen influencia en la viscosidad, o propiedad de flujo del asfalto.

Las resinas son sustancias de consistencia semisólida o pastosa y un color más claro que los asfaltenos. Tienen un peso molecular más bajo que los asfaltenos (oscila entre el de los asfaltenos y el de los maltenos), están disueltas en el crudo y son parcialmente solubles en el hexano, pero insolubles en el propano. Constituyen el elemento que permite mantener la estabilidad del sistema coloidal al propiciar la interacción entre los asfaltenos y los maltenos. Cuanto mayor es el contenido de resinas, más dúctil y blando es el asfalto. Los carbenos son constituyentes de naturaleza muy aromática, y representan la pequeña parte insoluble en CS2 (en la cual el asfalto es prácticamente soluble).Las características del asfalto dependen esencialmente de las proporciones relativas de sus constituyentes. A mayor proporción de asfaltenos, mayor dureza. Por oxidación al aire se pueden transformar las resinas y los maltenos en asfaltenos y por lo tanto aumentar la dureza.

Características del asfalto

Las características del asfalto se determinan mediante una serie de ensayos estandarizados, los cuales se describen a continuación:

Penetración

La penetración es la prueba mediante la cual se determina la dureza del asfalto a determinada temperatura. La prueba consiste en medir la penetración de una aguja de punta cónica estándar en función de la fuerza aplicada y del tiempo de aplicación. Corrientemente, se trabaja a 25 °C con una carga de 100 g. durante 5 minutos, y los resultados se expresan en décimas de milímetro. Se puede repetir dicha medición a varias temperaturas, para evaluar la susceptibilidad del asfalto a los cambios de temperatura. Entre dos asfaltos cualesquiera, el de mejor calidad será aquel que presente una menor susceptibilidad a la temperatura.

Punto de ablandamiento

Por ser mezclas complejas, los asfaltos no presentan un punto de fusión definido, sino que su consistencia se va haciendo más y más blanda a medida que aumenta la temperatura. Arbitrariamente, se ha definido el punto de ablandamiento como la temperatura a la cual el asfalto es suficientemente blando para que una esfera de acero (diámetro de 3/8" y masa de 3.5 g) pase a través de un anillo (Diámetro Interno de 5/8" y altura de 1/4") en el cual se encuentra la muestra de asfalto. El sistema está colocado en un baño de agua o de glicerina, cuya temperatura se incrementa a razón de 5 °C por minuto. Cuando la esfera atraviesa el anillo, la temperatura del baño corresponde al punto de ablandamiento.

Clasificación de los asfaltos — Aplicaciones generales

Los asfaltos o bitúmenes son materiales utilizados universalmente para recubrimiento y reparación de carreteras. El escocés Mac Adam dió su nombre hace ya un siglo al recubrimiento compuesto de granzón aglomerado con asfalto.

Sin embargo, los asfaltos tienen otras numerosas aplicaciones industriales. Los asfaltos industriales se clasifican en dos categorías: los asfaltos base y los oxidados o soplados. Las aplicaciones industriales del asfalto son variadas: impermeabilización, linóleos, industria eléctrica, tuberías, cauchos, pinturas, aislamiento térmico y sonoro. De acuerdo a su uso y/o al método o proceso empleado en su obtención, se pueden clasificar los asfaltos en:

a) Asfaltos de pavimentación (o de penetración),

b) Asfaltos diluidos o cutbacks (asfaltos líquidos),

c) Asfaltos emulsionados o emulsiones asfálticas,

d) Asfaltos de impermeabilización.

Los asfaltos de pavimentación se obtienen por reducción directa y progresiva de los residuos derivados de la destilación de los petróleos crudos, o por precipitación de los asfaltenos, mediante solventes especiales. Los distintos grados de este tipo de asfalto se les diferencia por los valores de la prueba de penetración; las características de los asfaltos obtenidos por destilación al vacío y los obtenidos por precipitación o extracción con solventes son aproximadamente las mismas. Los asfaltos de pavimentación venezolanos provienen de los residuos al vacío de crudos asfálticos como el Tía Juana Medio (ver figura 3), o por precipitación con propano. Se utilizan en la pavimentación de carreteras y en pistas de aterrizaje de aeropuerto.

Asfalto modificado

El asfalto modificado consiste en una mezcla de dos componentes principales el agenre modficador ye l asfalto , la sección del agente modificador y el asfalto, la selección del agente modificador se basa tanto en las características del asfakto precursor y el uso final que se le dara al asfalto. El comportamiento que presenta dependerá de la naturaleza química del asafalto, características del agente modificador ( composiscion global, distribución monomerica, morfología, pesos moleculares, entre ptras ) y de las condiciones de producion del asfalto modificado ( composición del la mezcla, tiempo , temperatura y velocidad de corte de mezclado ) la resistencia mecánica del asfalto modificado dependerá del grado de mscibilidad que se obtenga entre segmentos de polímero y la fase maltenica.

La importancia y relevancia de los estudios que se realizan acerca de modificación de asfalto , es conocer ye ncotrar las mezclas asfálticas idóneas para diferentes regiones geográficas ya qye las propiedades del bitmuen depende de la temperatura. Debido a que el asfalto posee pobres propiedades termomecanicas este se modifica con poliemeros de estireno.butadieno y otros materiales mejorándose con ello notablemente sus propiedades.

Las variables a considerar a la hora de modificar el asfalto son:

Temperatura Velocidad de mezclado Tamaño de particula

Tiempo de mezclado Naturaleza de asfalto

Objetivos

Hipótesis

Procedimiento experimental:

Modificación de asfaltos.

Montaje de equipo.

La modificación del asfalto se debe realizar en la campana, con el fin de eliminar los vapores que se generan por el calentamiento del asfalto.

Equipo:

1 Regulador de voltaje.1 Regulador de Temperatura.1 Termopar.1 Parrilla eléctrica.1 Recipiente resistente al calor.1 Motor para agitación.

1 Propela.2 Soportes metálicos.1 Pinzas para soporte.1 Abrazadera con mango para la lata.Aceite automotriz

El equipo se conectara de la siguiente forma, la parrilla se conectará al regulador de voltaje el cual deberá estar al 85% de su capacidad como máximo, para evitar una descarga que pueda afectar a nuestra parrilla, este a su vez ira conectado a el regulador de temperatura que también tendrá conectado el termopar para el control de la temperatura. El regulador de temperatura se conectará a la corriente eléctrica.

En la parrilla se colocara nuestro recipiente resistente al calor con un mínimo de aceite automotriz; el cual irá aumentando conforme aumente la temperatura, de ser necesario añadiremos mas aceite cuidando que este no se pueda derramar al momento de calentarse, lo que nos servirá como baño para el calentamiento de nuestro asfalto.

En un soporte metálico y con la ayuda de las pinzas para el soporte, se sujetará el termopar que medirá la temperatura dentro del recipiente, teniendo cuidado que no toque las paredes del recipiente, de igual forma lo podemos colocar dentro de la lata que contiene nuestro asfalto a modificar, pero se debe tener mucho cuidado de que además de no tocar las paredes de la lata para evitar una lectura de temperatura errónea, no toque la propela de agitación ya que se puede dañar nuestro termopar.

En el otro soporte metálico colocaremos la abrazadera para la lata con mango, a una altura tal que la lata no alcance a tocar el fondo de nuestro recipiente; una separación máxima de 5mm entre el fondo de la lata y del recipiente será suficiente. En el mismo soporte y a una altura considerable se sujetara el motor que servirá para la agitación del asfalto mediante la propela.

El equipo montado quedará como se muestra en la figura ____.

Proceso de modificación.

Una vez conectado el equipo de forma adecuada se procede a encender los reguladores (de temperatura y de voltaje). Recordemos que el de voltaje no debe estar a más del 85% de su capacidad para evitar descargas indeseadas.

Programamos el regulador de temperatura a una temperatura considerablemente menor a la deseada, con el fin de evitar que se produzcan sobrecalentamientos. Después; y conforme la temperatura del baño se acerque a la programada, se aumentara poco a poco la temperatura programada hasta alcanzar la temperatura a la que habremos de realizar la modificación.

Ejemplo, si deseamos realizar una modificación a una T=130 °C programamos el regulador de temperatura a 100 °C ya que con nuestra mezcla fría, se necesita mayor calor lo que puede provocar que nuestra temperatura llegase a rebasar los 100 °C programados antes que el regulador de temperatura identifique este cambio. Al momento en que observamos en la pantalla del regulador de temperatura que esta se acerca o sobrepaso el limite deseado se programa una nueva temperatura 10 °C mas alta, en este caso 110 °C para disminuir las emisiones de voltaje hacia la parrilla y evitar descompensaciones o sobrecalentamientos. Así sucesivamente hasta alcanzar los 130 °C deseados.

Como nuestro asfalto se encuentra frio al colocaremos la propela en el motor, sin ajustarla, dejándola descansar sobre el asfalto, que conforme se caliente permitirá que la propela caiga hasta el fondo de nuestra lata, en este momento subimos la propela máximo 1 cm y la sujetamos al motor firmemente, encendemos el motor a una velocidad estándar de 500 rpm. En este momento; siempre y cuando el baño se encuentre a la temperatura deseada, podemos iniciar la modificación.

Adición del abatidor de viscosidad.

El abatidor de viscosidad tiene una relación masa volumen ya establecida, de esta forma antes de empezar a realizar la modificación se debe de pesar la lata vacía y la lata con asfalto, para conocer el volumen de abatidor a utilizar, dicha relación es como sigue.

vol abatidor=0.0369mL( gasfalto sin lata1gde asfalto )

Así por ejemplo si deseamos añadirle abatidor a una lata con 150 g de asfalto aplicando dicha relación tendremos que añadir 5.5 mL de abatidor.

La adición deberá realizarse muy lentamente y con agitación, debido a que al añadir el abatidor la mezcla reacciona violentamente y se puede derramar asfalto y aceite sobre la parrilla provocando un incendio, es por eso que se recomienda una adición gota a gota, y deteniéndose en caso de que la reacción sea muy violenta.

Este proceso toma entre 5 y 10 minutos, después de ese tiempo se deja la mezcla en agitación y calentamiento durante un tiempo aproximado de 30 minutos, que es el suficiente para que la mezcla se realice de manera uniforme, vigilando siempre la modificación para evitar accidentes.

Adición del polímero.

Independientemente de la cantidad de asfalto a modificar, se adicionarán 2g de polímero _________ que también es una medida estándar. A su vez la adición de este debe realizarse a una temperatura de 180 °C para facilitar la mezcla.

Al igual que el abatidor, el polímero debe de añadirse poco a poco pero en esta ocasión no es para evitar un derrame, es para garantizar una mejor mezcla y no permitir la formación de grumos. De igual manera este proceso tarda entre 5 y 10 minutos.

Una vez completada la adición se deja la mezcla en agitación y calentamiento por 3 hr para que el polímero se mezcle uniformemente.

Concluido este proceso, damos paso a la preparación de las pruebas de penetración y temperatura de ablandamiento, y en caso de ser necesario también se llena un tubo con asfalto modificado para las pruebas de segregación.

Caracterización del asfalto Posteriormente se realizaron las pruebas de temperatura de ablandamiento, penetración, prueba de segregación y medición de viscosidad obteniendo los siguientes datos.

Resultados

Lata Peso de asfalto (g)

T °c Masa de polímero

Volumen de modificador

Nombre de la muestra

1 115.9 130 0 0 Blanco2 111.4 130 0 4.1 2A3 110 130 0 4.1 3B4 110.8 180 20 0 Polímero(4)5 110.2 180 20 0 5B/P6 108.55 180 20 0 6A/P

Prueba de penetración

muestra blanco 1 2A 3BPolímero (4) 5B/p 6A/p

prueba mm mm mm mm mm mm1 78 70 69 40 56 642 69 55 64 42 58 603 63 57 64 34 33 544 75 60 62 35 58 555 72 55 65 36 55 496 73 62 69 40 55 547 73 62 67 37 38 508 68 60 60 37 40 519 66 58 66 35 57 5110 67 58 61 39 58 5211 71 59 3912   59

Temperaturas de abalndamiento

Muestra Ablandamiento T°c

1 47.52A 46.53B 46.94 polimero 59.95B/P 49.36A/P 50.6

Prueba de segregación 5B/P

muestra cola cabezaprueba mm mm1 45 392 42 373 44 364 44 365 38 346 44 417 44 338 43 379   3710   3611   37