La cuestión de cómo el tamaño de las partículas influye en la calidad de los agregados y el asfalto es el tema central de un nuevo artículo en la revista Construction and Building Materials. Científicos del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Arkansas han realizado la investigación.

Emulsiones Asfálticas

Las emulsiones de asfalto han estado en uso durante un siglo, y la patente de Hugh Alan Mackay de 1922 se considera el comienzo de la tecnología. Al principio, solo se desarrollaron emulsiones aniónicas para uso comercial hasta la introducción de las emulsiones catiónicas en la década de 1950. Las emulsiones aniónicas se limitaron a aplicaciones de estabilidad del suelo.

Las emulsiones catiónicas poseen beneficios que incluyen un mejor comportamiento de ruptura y compatibilidad con los agregados. Estas emulsiones han reemplazado en gran medida a las variantes aniónicas y en la década de 1980 dominaban el mercado. El uso de emulsiones catiónicas hace posible un rendimiento mejorado y un retorno al tráfico más breve.

A mediados de la década de 1980, la investigación produjo aglutinantes poliméricos, que mejoraron aún más el rendimiento de las emulsiones asfálticas. Las propiedades superiores en comparación con las emulsiones no modificadas brindan una mejor retención de agregados y resistencia a la formación de surcos y sangrado. En 2018, se produjeron tres millones de toneladas de emulsión en los EE. UU., lo que representa entre el 5 y el 10 % del consumo total de ligante asfáltico.

Los tratamientos de superficie son el uso principal de las emulsiones asfálticas, pero se utilizan en una amplia gama de aplicaciones para la conservación y remediación de pavimentos. El uso de emulsiones asfálticas mejora significativamente la calidad, durabilidad y vida útil de los pavimentos.

Otro uso de las emulsiones es en aerosoles para sellar astillas en pavimentos. Las mejores prácticas pueden extender la vida útil de un pavimento hasta 7 años sin necesidad de un mantenimiento extenso. El uso de aerosoles de emulsión para sellar astillas mejora la resistencia al deslizamiento, renueva los pavimentos que envejecen y ayuda a devolver el pavimento a una condición adecuada para el tráfico con una interrupción mínima del flujo de tráfico.

Aseguramiento y Control de Calidad de Emulsiones Asfálticas: Perspectivas Actuales

Actualmente se emplean varias pruebas de control y garantía de calidad para evaluar la calidad de las emulsiones asfálticas. Las pruebas de emulsión se dividen en cuatro categorías: clasificación, propiedades de manipulación, propiedades de residuos y pruebas de rendimiento. Las pruebas de desempeño se realizan con agregados incorporados al asfalto.

Se pueden realizar varias mejoras en las pruebas de control de calidad de la emulsión asfáltica. Una de esas mejoras está relacionada con los requisitos de preparación de superficies, teniendo en cuenta propiedades como la viscosidad, la adhesión, la rotura y la estabilidad.

Los estudios han demostrado una estrecha relación entre los parámetros del material, como el tamaño de las partículas, el tipo y el contenido de ligante asfáltico, la temperatura de fabricación, el comportamiento tixotrópico y los parámetros técnicos durante la fabricación, como la velocidad del rotor. Estos parámetros se pueden controlar durante la fabricación de la emulsión asfáltica.

Objetivos del estudio

El nuevo documento correlaciona las métricas del tamaño de las partículas con el comportamiento reológico de las emulsiones asfálticas catiónicas. Se incorporan áridos para mejorar el rendimiento de los materiales. Varios estudios en la literatura actual han revelado la influencia del tamaño de partícula en el comportamiento reológico de la emulsión. Por ejemplo, el aumento del tamaño de las partículas puede tener un efecto negativo en la estabilidad de la emulsión.

Los principales objetivos declarados del estudio son dos. En primer lugar, el documento vincula el control de calidad de la emulsión y las pruebas de rendimiento con el análisis del tamaño de las partículas. En segundo lugar, se revisa un borrador de especificación para el análisis del tamaño de partículas de emulsión asfáltica. Para el segundo objetivo, los autores han empleado una técnica de difracción láser. En el artículo se evaluaron tres emulsiones asfálticas catiónicas comercialmente disponibles.

Hallazgos y conclusiones del estudio

El estudio ha destacado algunas conclusiones clave sobre la relación entre el tamaño de las partículas y la calidad de la emulsión asfáltica. El tamaño de las partículas en las emulsiones asfálticas es tan importante como la gradación de los agregados. Este parámetro clave del material influye en la reología e impulsa la estabilidad.

De las tres emulsiones asfálticas catiónicas disponibles comercialmente (CRS-2, CRS-2L y CRS-2P), la mejor correlación entre el tamaño de partícula y la viscosidad se observó en CRS-2, una emulsión no modificada. Sin embargo, la investigación ha indicado que la incorporación de modificadores como polímeros y látex mejora los parámetros reológicos y la estabilidad de almacenamiento de las emulsiones.

La retención de agregados de CRS-2P fue superior a la de las otras dos emulsiones y, debido al mayor tamaño y distribución de las partículas, los autores concluyeron que los tamaños de partículas más pequeños y las distribuciones más estrechas no significan necesariamente que la calidad de las emulsiones sea mejor.

Existe una desconexión entre el tamaño de partícula y las pruebas de partículas de gran tamaño en las tres emulsiones evaluadas en la investigación. Sin embargo, los autores han revelado que el tamaño de partícula medio óptimo para CRS-2 es de 1,9 µm, CRS-2P es de 10,7 µm y para CRS-2L el tamaño óptimo es de 3,0 µm. Las posibles dificultades para correlacionar el tamaño de las partículas con las aplicaciones de la vida real se deben a las condiciones específicas de almacenamiento, que pueden no reflejar las de otros entornos o instalaciones.

La correlación entre el tamaño de las partículas, el tiempo de almacenamiento, las pruebas de control de calidad y el rendimiento quedó ampliamente demostrada en la investigación. Los autores han identificado que esta es una brecha de conocimiento potencial que podría explorarse en el futuro para correlacionar mejor los parámetros de materiales relevantes y las pruebas de control de calidad estandarizadas.

Finalmente, los autores identificaron las lagunas de investigación en la adquisición de datos y la preparación de muestras para el análisis de tamaños de partículas. Llenar este vacío debería ser un foco de investigación futura en el campo de la fabricación de emulsiones asfálticas.

Fuente: Azom