Asfaltos y mezclas asfálticas: Conceptos y fundamentos

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Conforme a la respectiva Norma Básica de la Edificación NBE-QB-90 (2), a fin de establecer las condiciones exigibles a las cubiertas de obras de construcción de edificios de nueva planta, de ampliación y de reforma que se realicen con materiales bituminosos: las pinturas bituminosas son, junto con las emulsiones asfálticas, productos líquidos utilizados para la imprimación y la preparación de las distintas superficies que vayan a impermeabilizarse con el fin de mejorar la adherencia del material impermeabilizante con el soporte. En esta norma de obligado cumplimiento, a sustituir por la NBE-IQ «Impermeabilización de Cubiertas», las pinturas bituminosas de imprimación se clasifican en materiales de base asfáltica (Tipo 1) y de base alquitrán (Tipo 11). Effect of asphaltene and resin oi/s on the viscosity of bituminous petro/eum materia/s to be used as aspha/t primers

The results obtained in the present study indicate that the high viscosity of Machete crude is essential/y due to its asphaltene conten~ a fraction that by itself accounts for much ofthe viscosi~ although this property may also be partial/y attnbuted to resins. Last/~ malthenes have a much smal/er effect on viscosity. According to these finding~ the rheological behaviour ofthe samples analyzed can be largely explainedby the intermolecular associations among asphaltenes. Such associations can be generated in a scantly polar environment thanks to the hydrogen bonds formed by their functional oxyhydryl groups and aminos. Anotherconclusion is that the malthene-resin ratio must be increased to appreciably reduce the viscosity of liquid asphalt materials. The equipment described be/ow was used for the experimental part of this study: the aspha/tenes were separated with a 4 OOO-m/ Parr discontinuous batch reactor titted with a stirring system/ temperature contro¿ gas and /iquid evacuation faci/i~ pressure contro¿ air coo/ing and a draining system. Whatman 934 AH ti/ter paper with a pore size of 1.5 micron~ ret: 1827-11~ was a/so used En la Figura 2 se representan los valores respectivos de la viscosidad frente a concentración de tres series de disoluciones de asfaltenos, resinas y, por último, del conjunto de hidrocarburos saturados y aromáticos volátiles. Las medidas se hicieron en presencia de dimetilbenceno como disolvente, cuya viscosidad a la temperatura de operación (28 OC) es de 0,64 cp. Se observa claramente que los asfaltenos tienen mucho mayor responsabilidad en los altos valores de la viscosidad de las mezclas con xileno analizadas que la de cualquiera de las otras fracciones. Desafortunadamente, debido a problemas de solubilidad, no fue posible trabajar a concentraciones de asfaltenos superiores al 16% en peso. No obstante, existía una variación exponencial de la viscosidad con la concentración de asfaltenos. También se aprecia en esta misma figura que dicha propiedad varía en menor medida con la concentración de resinas, aunque esa influencia es bastante menos pronunciada. Para finalizar, el lugar geométrico de los puntos experimentales que relacionan la concentración de los aceites malténicos con la viscosidad puede aproximarse mediante una recta de muy baja pendiente y alto grado de correlación. In the rheograms obtained from the synthetic crude oils prepared and the different xylene solutions of Machete oil the shear stress and shear rate measurements (at different values of the two) proved to be directly proportional at temperatures ranging from 28 to 55 oC Nonetheles~ these are unlikely to be Newtonian f/uids because petroleum products tend to exhibit thixotropic behaviour The consistency of an asphalt material is its degree of f/uidity at a given temperature. Viscosity is the resistance of the material to f/ow. The ideal material is one whose consistency is constant over a wide temperature range/ ,: e"/ one with low thermal susceptibility.Figure 3. - Viscosity at 55 oC of different synthetic mixes with constant resin to asphaltene and oil to resin ratios. ITRD Terms: 4997: Asfalto revestido o recubierto en caliente; 6464: Calculo; 6237: En laboratorio; 9020: Evaluacion; 8072: Mexico; 9047: Mezcla; 7142: Volumetria More specifical/~ the Venezuelan crude along the Orinoco strip (Machete area) is characterized by high viscosity and a high aromatic and asphaltene content. These nonrefinable and economical/y unattractive liquid materials/ regarded to be "slow cured naturalasphalts; can be readily applied in open areas as primer coats with excel/ent penetration propertie~ with no need for heating to high temperatures or even at al/. Volatile solvents (gasoline/ kerosene...) are usual/y added to enhance their nuidity. When the fluidized produc~ with viscosity values offrom

asphaitenes/resin oIls ·1 - ; - - - - r - - , . - - - r - - - r - - r - - - r - - . . . . - - - r - - , . - - - - , . - - I O 10 15 20 25 Se trata, pues, de un material de suma importancia para el sector de la construcción por sus propiedades de consistencia, adhesividad, impermeabilidad, durabilidad y bajo costo (4). Aunque las citadas pinturas asfálticas se obtienen, generalmente, diluyendo o mezclando los betunes asfálticos semisólidos con subproductos líquidos, casi tan fluidos como el agua, obtenidos de la destilación de determinados crudos de petróleo; es posible usar directamente los petróleos asfálticos que cumplan con unas especificaciones determinadas. En tal sentido, parte del asfalto líquido que se utiliza, desde épocas pasadas, es el crudo bituminoso, el cual se encuentra en yacimientos naturales y pueden explotarse sin necesidad de operaciones industriales de ningún tipo para su preparación. Estos yacimientos se han producido a partir del petróleo por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles enriqueciendo las pesadas. A este producto se le llama frecuentemente asfalto de lago. Los yacimientos más importantes de productos asfálticos líquidos naturales se explotan en el sur de los Estados Unidos de América y en el norte de Venezuela (5).Figura 2.- Viscosidades a 28 oC de diferentes disoluciones de asfaltenos, resinas y aceites en xileno. A Haake mode/ RV3 rotationa/ viscometer with an MDK measuring head and SVI and SVII sensors was used to determine the dynamic viscosity ofboth the Machete crude and the synthetic crude oi/s prepared for the study. In this experimen~ the shear rate was pre-se/ected on the above device. Its measurements are based on the fact that abso/ute viscosity is equa/ to a parameter -whose va/ues are tabu/ated and depend on lhe equipment used- mu/tip/ied by the quotient resu/ting from dividing the sca/e va/ue proportiona/ to the rotor torque by the number of revo/utions. Before determining the viscosity va/ue~ the samp/es ofsynthetic crude were subjected to u/trasound treatment at 55 oC for one hour to guarantee their homogenei~ as far as possib/e.

Más concretamente, los crudos venezolanos de la franja del Orinoco (área Machete) se caracterizan por tener una alta viscosidad y un alto contenido de aromáticos y asfaltenos. Estos productos líquidos, no refinables y económicamente poco atractivos, pueden ser considerados unos "asfaltos naturales de curado lento" cuyas características permiten su fácil aplicación en espacios abiertos sin tener que calentarlos a elevadas temperaturas, e incluso en frío, como base de pinturas de imprimación de elevada capacidad de penetración, añadiéndoles cantidades de disolventes volátiles (gasolina, queroseno...) con el objeto incrementar el grado de fluidez del crudo extrapesado. Una vez puesto el producto fluidificado en viscosidades dinámicas en un intervalo de una millonésimo a mil poises. El dispositivo permite trabajar con pequeñas cantidades de muestra (aproximadamente dos gramos), cubriendo "velocidades de cizalla" desde un centésimo a 250 segundos recíprocos. Last/~ the density or API gravity of Machete crude was determined as specified in standard ASTM D-2041 (15)/ using a Rice device fitted with all the necessary components: vibrato¡; vacuum pycnomete¡; vacuum pump/ filter set/ electronic scales and residual pressure manometer: a "ljN-shaped pipe closed at one end and mounted on a glass blister connected to an evacuation tank.La microestructura de los crudos sintéticos estudiados queda definida entonces por la cantidad de micelas, su distribución de tamaños y por las interacciones fisicoquímicas entre ellas. La fracción de los asfaltenos se presenta a modo de láminas paralelas unidas por fuerzas fisicoquímicas y compuestas por núcleos aromáticos condensados sustituidos por grupos alifáticos, nafténicos y heterocíclicos (21). Las resinas poseen estructuras parecidas a las de los asfaltenos pero tienen menor tamaño y una proporción mayor de cadenas parafínicas como sustituyentes de los anillos aromáticos. A causa de ello, las resinas son una fase de polaridad intermedia que sirven como interfase entre los asfaltenos polares, a los que recubren, dando lugar a las mencionadas micelas, y el resto de la matriz del medio oleoso que, generalmente, posee una alta relación entre parafinas y aromáticos no polares (22). Los asfaltenos precipitarían de no ser por la presencia de esta capa de resinas que los rodean (23).

El objetivo general de este trabajo es determinar y, de alguna manera, cuantificar la influencia que los componentes del producto asfáltico líquido, en particular los asfaltenos y resinas, tienen sobre una de las propiedades más importantes del mismo: la viscosidad. Es de mucha utilidad un amplio conocimiento de la constitución y composición química de los asfaltos líquidos, puesto que el control de sus propiedades reológicas permite obtener un mejor funcionamiento en las citadas impermeabilizaciones.Químicamente, estos productos asfálticos naturales son una mezcla compleja de hidrocarburos (4), por lo que del 90 al 95% del peso de los mismos está compuesto por carbono e hidrógeno. Los componentes de dicha mezcla se agrupan en cuatro fracciones: carboides y carbenos, por un lado, en cantidades de hasta el 2%, y las fracciones principales, asfaltenos y maltenos, por otro. Los denominados maltenos tienen pesos moleculares de 700 a 4.000; a su vez, los aceites malténicos puede subdividirse en tres partes: parafinas y naftenos con pesos de 600 a 1.000, resinas de 1.000 a 2.000 (formaldehído, fenoL ..) e hidrocarburos aromáticos de 2000 a 4000. Los asfaltenos o fracción pesada y de alta polaridad, cuyo peso molecular oscila de 2.000 a 7.000, es una mezcla que contiene compuestos aromáticos de peso molecular entre 2.000-5.000, hidrocarburos saturados, compuestos organometálicos con níquel, vanadio o hierro y heterociclos con átomos de azufre, oxígeno y nitrógeno (por ejemplo, piridina). Además de éstos, contienen hidrocarburos aromáticos volátiles (benceno, tolueno u otros), ácidos carboxílicos y fenólicos e hidrocarburos aromáticos condensados como el naftaleno, antraceno, benzantraceno, naftaceno, pentafeno, etc. The overallpurpose ofthe presentstudy was to determine and quantif~ as far as posslble/ the effect of the components of liquid asphalt materia¿ particularly asphaltenes and resins/ on one of its most important properties: viscosity. A broad understanding of the chemical composition of liquid asphalt materials is extremely usefu¿ inasmuch as control oftheir rheological properties willlead to higherperforming and more effective weatherproofing. Asphalt primers/ which are designated with the letters PI fol/owed by a dash/ the respective roman numeral and reference (3)/ are brushed orsprayed on to the surface to be primed as a thin layer that dries to form a continuous solid film. The purpose of this layer is to bind to the underlying surface to enhance adherence and selfprotection. It should be app/ied on all areas to be weatherproofe~ including areas under nashing~ upstands and so on.