Introducción, Clasificación, Normas, Usos del Betún

materiales bituminosos

El asfalto está compuesto por hidrocarburos poliméricos extremadamente complejos, derivados no metálicos (oxígeno, azufre y nitrógeno) de mezclas sólidas, semisólidas o líquidas de color negro o marrón negruzco. Es un material hidrófobo, de estructura densa, casi insoluble en agua, resistente a la humedad y con buena impermeabilidad, por lo que se utiliza ampliamente en ingeniería civil, resistente a la humedad y a las filtraciones. El asfalto pertenece a los materiales cementantes orgánicos, y la arena, la piedra y otras mezclas minerales tienen una excelente capacidad de adhesión. El hormigón asfáltico resultante es el material de pavimento más importante para los proyectos viales modernos.

Composición y estructura del asfalto de petróleo

1. Composición elemental

El asfalto de petróleo se compone de una variedad de hidrocarburos y derivados no metálicos (oxígeno, azufre, nitrógeno) de la mezcla, la composición elemental del principal carbono (80% ~ 87%), hidrógeno (10% ~ 15%); el resto son elementos no hidrocarburos como oxígeno, azufre, nitrógeno, etc. (<3%); además, hay algunos oligoelementos de metal.

2. Composición de los componentes

Generalmente, el asfalto se divide en varios grupos de propiedades químicas, similares a su rendimiento de ingeniería, que guardan cierta relación con la composición química. Estos grupos se denominan "componentes". La normativa vigente en China contempla dos métodos de análisis: el de tres componentes y el de cuatro componentes.

Análisis de tres componentes de asfalto de petróleo separado en aceite, resina y asfalteno.

(1) El aceite, líquido transparente de color amarillo claro que proporciona fluidez al asfalto, afecta directamente su suavidad, resistencia al agrietamiento y dificultad de construcción. El aceite del asfalto chino suele contener cera, que debe separarse del aceite y la cera durante el análisis. La presencia de cera ablanda el asfalto a altas temperaturas, lo que provoca fluidez; a bajas temperaturas, lo vuelve quebradizo y duro, provocando grietas. Dado que la cera es un componente perjudicial, se utiliza a menudo para mejorar el rendimiento del método de desparafinado del asfalto.

(2) Resina para semisólidos viscosos de color marrón rojizo, con alta sensibilidad térmica y punto de fusión inferior a 100 °C, que incluye resinas neutras y ácidas. La resina neutra proporciona al asfalto cierta plasticidad, movilidad y adherencia, y su contenido aumenta la adherencia y elongación del asfalto. El contenido de resina ácida es bajo, pero su actividad es alta, lo que puede mejorar el asfalto y otros materiales, mejorar la humectación del asfalto y permitir su emulsionado.

(3) El asfalteno, para las partículas sólidas de color marrón oscuro, no se funde al calentarse, lo que determina la adherencia, la viscosidad y la estabilidad térmica del asfalto, así como su dureza y punto de ablandamiento. Al aumentar el contenido de asfalteno, aumentan la viscosidad, la adherencia, la dureza y la estabilidad térmica del asfalto.

Normas técnicas del asfalto de petróleo

Las normas técnicas del asfalto derivado del petróleo se dividen en diferentes tipos de asfalto y estándares (grados) para su elección. Actualmente, el asfalto derivado del petróleo se divide principalmente en tres categorías: asfalto derivado del petróleo para carreteras, asfalto derivado del petróleo para construcción y asfalto derivado del petróleo común.

La clasificación del grado de asfalto se basa en la penetración, ductilidad, punto de ablandamiento y otros indicadores. La penetración de aguja se divide según los principales indicadores del grado de asfalto. Para un mismo tipo de asfalto derivado del petróleo, a mayor grado, menor viscosidad (mayor penetración), mayor ductilidad (mayor plasticidad) y mayor sensibilidad a la temperatura (menor punto de ablandamiento).

Selección de asfalto de petróleo

La selección del asfalto derivado del petróleo debe basarse en la naturaleza del proyecto (viviendas, carreteras, corrosión), las condiciones climáticas locales, el emplazamiento del proyecto (nivel, subterráneo) y otros factores a considerar. Dado que el asfalto de alta calidad contiene más petróleo que el asfalto de baja calidad, su capacidad antienvejecimiento es mayor. Por lo tanto, para cumplir con los requisitos de la instalación, se recomienda elegir un asfalto derivado del petróleo de alta calidad para garantizar una mayor vida útil.

(1) El asfalto de petróleo para carreteras se divide en asfalto de petróleo para tráfico pesado, asfalto de petróleo para tráfico ligero, asfalto de petróleo emulsionado, asfalto de petróleo líquido y asfalto modificado. La selección de materiales asfálticos para proyectos viales debe considerar las características del tráfico y el clima. En las zonas de alta temperatura del sur, se debe elegir asfalto de petróleo de alta viscosidad para garantizar la estabilidad de las vías de acceso en verano y evitar la formación de surcos, etc.; mientras que en las zonas frías del norte, se debe elegir asfalto de petróleo de baja viscosidad para garantizar que las vías de acceso a bajas temperaturas conserven cierta capacidad de deformación y eviten el agrietamiento.

2) Construcción de asfalto de petróleo construcción de asfalto de petróleo penetración de aguja es menor (viscosidad), alto punto de ablandamiento (resistencia al calor es mejor), pero menor elongación (menos plástico), se utiliza principalmente para la fabricación de papel de aceite, linóleo, revestimientos impermeabilizantes y juntas incrustadas de asfalto, etc. La mayoría de ellos se utilizan en proyectos de techado de edificios, proyectos de impermeabilización subterránea, impermeabilización de zanjas, proyectos anticorrosivos y proyectos anticorrosivos de tuberías. El uso de asfalto hecho de película más gruesa, aumenta la sensibilidad a la temperatura; al mismo tiempo, la superficie de asfalto negro es un buen cuerpo de absorción de calor, generalmente en la misma área de la temperatura de la superficie del techo de asfalto que otros materiales son altos; el techo de asfalto para alcanzar una temperatura de la superficie de 25 ℃ ~ 30 ℃ más alta que la temperatura del aire local más alta. Para evitar el flujo de verano, el punto de ablandamiento de los materiales asfálticos para techos en general también debe ser más alto que la temperatura máxima del techo en la región de 20 ℃ ~ 25 ℃, puede elegir asfalto de petróleo No. 10 o No. 30. Por ejemplo, la temperatura del techo de asfalto de Wuhan, Changsha de aproximadamente 68 ℃, el punto de ablandamiento del asfalto debe seleccionarse en 90 ℃ o así, bajo verano fácil de fluir; pero no debe ser demasiado alto, de lo contrario, la baja temperatura del invierno fácil de ser duro y quebradizo, e incluso agrietarse. Algunas partes que no se ven fácilmente afectadas por la temperatura, o áreas de temperatura más baja, como la barrera de vapor de impermeabilización subterránea, etc., pueden elegir un grado más alto de asfalto, como el asfalto No. 60 o No. 100. Por lo tanto, la elección del asfalto de petróleo según la región, el entorno del proyecto y los requisitos.

(3) Asfalto de petróleo ordinario. El contenido de cera de asfalto de petróleo ordinario es de hasta un 20% a un 30%. Cuando la temperatura del asfalto alcanza el punto de ablandamiento, es fácil que se produzcan fenómenos de fluidez. La penetración de parafina en el asfalto también reduce la resistencia térmica de la capa de unión del asfalto y su fuerza de adhesión. Por lo tanto, generalmente no es adecuado utilizar asfalto de petróleo ordinario en proyectos.

asfalto de carbón

El asfalto de carbón es un producto de la destilación del carbón (alquitrán de hulla) obtenido mediante reprocesamiento. Según su aplicación en los diferentes requisitos del proyecto, y según su consistencia, se puede dividir en dos categorías: asfalto de carbón blando (líquido, semisólido) y asfalto de carbón duro (sólido).

El asfalto de carbón se compone de hidrocarburos aromáticos y sus derivados de oxígeno, azufre y carbono, los principales elementos de la mezcla son C, H, O, S y N. Su composición elemental se caracteriza por una "relación de hidrocarburos" mucho mayor que la del asfalto de petróleo. El análisis de los componentes químicos del asfalto de carbón es similar al del asfalto de petróleo y se puede separar en: aceite, resina blanda, resina dura, carbono libre C1 y carbono libre C2. Este último contiene naftaleno, antraceno, fenol y otras sustancias peligrosas, por lo que su contenido debe ser restringido.

El asfalto de carbón y el asfalto de petróleo presentan las siguientes diferencias en sus propiedades técnicas: menor estabilidad térmica; mejor adherencia a los áridos minerales; baja estabilidad climática y rápido envejecimiento; resistencia a la corrosión; apto para el tratamiento anticorrosivo de superficies de madera y otros materiales. Los índices técnicos del asfalto de carbón incluyen principalmente: viscosidad, prueba de destilación, contenido de agua, contenido insoluble en tolueno, contenido de naftaleno, contenido de fenol, etc. Entre ellos, la viscosidad del asfalto de carbón es el indicador más importante para evaluar su calidad, y su grado de asfalto de carbón se clasifica según su método de prueba, similar al del asfalto de petróleo.

Las principales propiedades técnicas del asfalto de carbón son peores que las del asfalto de petróleo, menos utilizado en proyectos de construcción; pero sus propiedades anticorrosivas son buenas, por lo que es adecuado para la capa de impermeabilización subterránea o como material anticorrosivo.

asfalto modificado

La ingeniería civil moderna no solo requiere asfalto con mejor rendimiento, sino también con una vida útil más larga. Además, debido a las condiciones ambientales, el asfalto es propenso al envejecimiento. Mediante diversas medidas técnicas, se añaden otros materiales a los materiales asfálticos tradicionales para mejorar aún más su rendimiento, conocidos como asfalto modificado. El objetivo de la modificación es mejorar las propiedades reológicas, prolongar la durabilidad y mejorar la adherencia del asfalto y los áridos. En aplicaciones y proyectos de impermeabilización del asfalto, los principales objetivos de la modificación se centran principalmente en los dos primeros puntos.

Forma de mejorar las propiedades reológicas del asfalto

Mejore las propiedades reológicas del asfalto de muchas maneras, el efecto de modificación es mejor con los siguientes tipos de modificadores:

(1) modificadores de resina

Las resinas modificadas para asfalto se utilizan principalmente como resinas termoplásticas, comúnmente utilizadas como polietileno (PE), polipropileno (PP), polipropileno atáctico (APP), resinas fenólicas, colofonia natural, etc. Estas resinas pueden mejorar la viscosidad del asfalto, mejorar la estabilidad a altas temperaturas y aumentar su tenacidad; sin embargo, la mejora del rendimiento a bajas temperaturas no es evidente.

(2) modificador de caucho

El caucho es un modificador importante del asfalto. Presenta una buena miscibilidad y permite fabricar asfalto con caucho, lo que ofrece numerosas ventajas, como una baja deformación a alta temperatura y flexibilidad a baja temperatura. Los asfaltos modificados con caucho más utilizados incluyen principalmente: asfalto modificado con caucho de cloropreno, asfalto modificado con caucho de butilo, asfalto modificado con caucho reciclado y asfalto modificado con caucho de estireno-butadieno. Entre ellos, el asfalto modificado con caucho de estireno-butadieno presenta un excelente rendimiento, lo que mejora significativamente la elasticidad, elongación, estabilidad a alta temperatura, flexibilidad a baja temperatura, resistencia a la fatiga y al envejecimiento, entre otras propiedades. Se utiliza principalmente para la producción de impermeabilizaciones para techos enrollables o revestimientos impermeabilizantes.

(3) modificadores de mezclas de caucho y resina

Al mismo tiempo, el caucho y la resina mejoran las propiedades del asfalto de petróleo, lo que permite obtener propiedades tanto de caucho como de resina, a un menor costo. La preparación, el uso de diferentes tipos de materias primas, las proporciones y el proceso de producción varían, lo que permite obtener una gran variedad de productos con diferentes rendimientos, principalmente bobinas, láminas y materiales de sellado.

(4) modificadores de microrellenos

Para mejorar las propiedades adhesivas del asfalto y su resistencia al calor, se reduce su sensibilidad térmica, generalmente añadiendo microcargas minerales. Entre los más utilizados se encuentran las cenizas volantes, las cenizas volcánicas, el polvo de esquisto, el talco, la cal en polvo, la mica en polvo y la tierra de diatomeas, entre otros.

(5) modificadores de fibra

El asfalto mezclado con diversas sustancias fibrosas ofrece una estabilidad significativa a altas temperaturas, a la vez que aumenta la resistencia a la tracción a bajas temperaturas. Las sustancias fibrosas más utilizadas son diversas fibras sintéticas (como fibra de polietileno y fibra de poliéster) y fibras minerales de asbesto.

Formas de prolongar la durabilidad del asfalto

Actualmente, para mejorar la durabilidad del asfalto, se utilizan principalmente métodos de mezcla con aditivos químicos de alto costo, como antioxidantes. Sin embargo, el uso de antioxidantes debe evaluarse mediante pruebas de eficacia tecnológica. Actualmente, los aditivos más eficaces para mejorar la durabilidad del asfalto, especialmente para el pretratamiento de negro de humo, son los denominados "asfaltos modificados con negro de humo".