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Evaluacion del efecto del envejecimiento del cemento asfaltico 80-100 modificado con lignina.

Evaluation of the aging effect of 80-100 asphalt cement modified with lignin

1. INTRODUCCION

El envejecimiento en pavimentos flexibles ha sido durante mucho tiempo uno de los principales problemas que afectan la calidad y el tiempo de vida util de la carpeta de rodadura. En este fenomeno intervienen, por un lado, causas asociadas a variables intrinsecas como el tipo de agregados, contenido de vacios y las caracteristicas propias de la mezcla asfaltica y, por otro lado, factores externos como la humedad, temperatura y radiacion, los cuales provocan danos imposibles de eliminar, pero posibles de minimizar. Los efectos que se producen corresponden en muchos casos a modificadores de orden quimico, es decir, en las relaciones moleculares de la mezcla.

En general, estos cambios en la estructura molecular del asfalto se ven traducidos en un endurecimiento fisico que convierte lentamente la mezcla en un material fragil susceptible a la aparicion de grietas y otros fenomenos asociados durante su vida util. Es por esta razon que surge la necesidad de minimizar este proceso, al realizar la modificacion del asfalto desde su estructura interna agregando un antioxidante natural, para cambiar asi sus propiedades fisicas y reologicas, creando una carpeta asfaltica mas resistente a factores que causan la oxidacion y, por consiguiente, el envejecimiento.

Por ello, se considera que la lignina es un polimero que puede mejorar la estructura interna del asfalto, pues funciona como antioxidante, ya que su funcion principal en las plantas se caracteriza por dar soporte estructural, impermeabilidad y resistencia contra agentes microbiologicos y estres oxidativo. Es un elemento amorfo, opticamente inactivo e insoluble en agua y posee la ventaja de ser muy abundante en la naturaleza, por ende, de facil acceso debido a su bajo costo de obtencion, lo que incrementa su importancia en distintas aplicaciones industriales, incluidos los procesos de construccion de pavimentos.

Esta investigacion efectuo un analisis de los resultados obtenidos de la modificacion de un cemento asfaltico (C.A) 80-100 con lignina, con el fin de determinar si esta mezcla mejora las propiedades fisicas del asfalto y conlleva a reducir el fenomeno de envejecimiento en las mezclas bituminosas, unicamente durante el proceso de construccion.

2. ENVEJECIMIENTO

Las vias son consideradas como parte fundamental de una sociedad, ya que mueven los bienes y servicios de un pais. La mayoria estan construidas en pavimento asfaltico, por esto su comportamiento mecanico y dinamico depende de las propiedades de las mezclas asfalticas [1]. Aproximadamente hace mas de cinco decadas en el ambito mundial, se ha venido desarrollando un estudio preciso de los efectos del envejecimiento en ligantes y mezclas asfalticas [2]. El envejecimiento es considerado como un fenomeno que altera las propiedades fisico-quimicas de la carpeta de rodadura, que ocasiona en el pavimento un deterioro a traves del paso del tiempo y, por ende, disminuye su durabilidad [3]; esto se debe a la interaccion de las mezclas con factores internos y externos que ocasionan un endurecimiento considerable e irreversible, afectando en gran escala su desempeno requerido [4].

Los factores internos o tambien llamados variables intrinsecas son las propiedades de los materiales que hacen parte de la mezcla como el cemento asfaltico, los agregados y el contenido de vacios [4], y los factores externos o variables extrinsecas afectan el proceso de la mezcla, el almacenamiento y transporte, asi como la construccion de la carpeta de rodadura, siendo estos la temperatura de produccion de la mezcla, la humedad, la radiacion ultra violeta y la temperatura ambiente [3]. Aunque investigadores como [5] y [6] afirman que solo la temperatura tiene una influencia marcada en el envejecimiento, ya que el ozono, el oxigeno y los rayos UV son factores que existen, pero no tienen ninguna variacion, asi mismo "los demas factores ambientales tienen interdependencia: la humedad relativa, es un indicador de la evapotranspiracion y precipitacion, y depende de la temperatura. La variacion de la temperatura del dia a la noche es funcion de la radiacion termica del sol y del tiempo de radiacion" [5].

El envejecimiento se puede llegar a originar desde las primeras etapas de elaboracion, como el mezclado en planta, presentarse en el proceso de construccion de una via o, mas comunmente, en su periodo de servicio [4]. Este fenomeno es impulsado por medios o mecanismos quimicos que intervienen en este proceso, que Analmente alteran el orden quimico, fisico, mecanico y reologico de la carpeta asfaltica [7]. Cuando se afecta las propiedades quimicas de la mezcla se produce un cambio con respecto al orden en la estructura molecular del asfalto, provocando un endurecimiento en este y, por consiguiente, convirtiendo lentamente la mezcla en un producto fragil y susceptible a tener danos como: grietas longitudinales, grietas transversales, fisuras, piel de cocodrilo entre otros [4]. Como se mencionaba, existen tres (3) etapas que contribuyen con el proceso de envejecimiento [8]. La primera es la destilacion de los componentes de luz asfaltica originada por el incremento en la temperatura de produccion del asfalto, almacenamiento, transporte y colocacion, disminuyendo el peso del ligante asfaltico por su evaporacion. La segunda es la oxidacion durante la vida de servicio que se produce cuando la mezcla se pone en contacto con el ambiente y este altera las fracciones SARA [9], provocando una fragilidad y un agrietamiento en pequena o gran escala. Y la tercera es el endurecimiento esterico producido por los cambios de temperatura cercanos a la temperatura del ambiente [10].

Este y otros factores hacen que el fenomeno de envejecimiento se convierta en interes de estudio, por su misma complejidad en el proceso de desarrollo como enfermedad [11].

Durante el ciclo de elaboracion de la mezcla asfaltica, los asfaltos se oxidan como efecto de reaccion con el oxigeno y la temperatura de mezcla alcanzada en el momento de la elaboracion [3]. Al hablar de oxidacion del cemento asfaltico se habla de un cambio en su estructura molecular, el cual hace que se creen moleculas polares de mayor tamano, causando la alteracion de sus propiedades reologicas [12]. La oxidacion es conocida como un fenomeno en el cual el oxigeno actua sobre los componentes principales mas reactivos del asfalto, manifestandose en forma de endurecimiento, perdida de la consistencia visco elastica, fisuracion y agrietamiento, presentandose en las etapas de produccion a causa de factores como presion, temperatura y tiempo [13]. Esto abre paso a las primeras fases de desarrollo como fenomeno de envejecimiento, en conjunto con diversos agentes climaticos es inducido a presentarse como un fenomeno en su totalidad que incide en los pavimentos [3].

Las carpetas asfalticas envejecidas son las que presentan un cambio en las propiedades originales de la mezcla durante el tiempo de servicio por efecto de agentes ambientales [14], por esto el envejecimiento se asocia con la perdida de los componentes volatiles y la oxidacion del asfalto [13], que consecuentemente impide el correcto funcionamiento de la capa superior del pavimento para lo cual fue construida [5], siendo obligatorio terminar la vida economica de su servicio. Por esto es de gran importancia tener en cuenta el efecto del cambio en la composicion quimico y fisico del cemento asfaltico durante el proceso de mezclado en caliente y tiempo de servicio, si se quiere obtener una carpeta asfaltica con mayor durabilidad [15].

Cuando se habla de envejecimiento se debe tener presente que existen dos tipos, destacados por diversos estudios. El primero identifica nuevamente los componentes envueltos en el envejecimiento de las mezclas asfalticas, especificando la produccion y colocacion de esta mezcla que hace parte del envejecimiento a corto plazo [16]. El segundo tiene presente el tiempo de uso y su vida de servicio como via, hablando aqui de envejecimiento a largo plazo [17].

El envejecimiento a corto plazo se origina cuando se elabora la mezcla en la planta y durante la colocacion in situ de la mezcla asfaltica [5], que es causado por la oxidacion y la perdida de volumen o volatilizacion del cemento asfaltico; pues se presenta una reaccion con los hidrocarburos de la atmosfera al elevarse la temperatura inicial y al tener contacto directo el oxigeno con el ambiente [18], [13]. Estudios evaluan el desempeno dinamico y estatico de mezclas asfalticas envejecidas a corto plazo por medio del ensayo de laboratorio Rolling thin Film Oven (ensayo rotatorio de pelicula delgada [RTFO]), el cual simula el proceso de produccion y colocacion de mezclas asfalticas generando un incremento en la viscosidad del asfalto con endurecimiento de la mezcla. Los estudios realizados afirman que el envejecimiento de asfalto con el ensayo RFTO simula de manera acertada el envejecimiento generado por factores reales [16]. El ensayo rotatorio de pelicula delgada, propuesto por [19], fue desarrollado para evaluar el envejecimiento del asfalto a corto plazo.

El envejecimiento a largo plazo se presenta exclusivamente en el periodo de servicio del pavimento, a causa de la oxidacion y de la exposicion a condiciones ambientales, igualmente en el campo durante el tiempo de servicio [4]. Causa fallas igual de graves a la oxidacion inicial, incluido un aumento en la rigidez, la perdida de la ductilidad, y la fragmentacion del producto bajo tensiones termicas o carga [20]; al haber un aumento de asfaltenos y los componentes aromaticos por la reaccion de las condiciones ambientales dan como resultado estos problemas en el pavimento, sus efectos no se ven a corto plazo, solo a traves del tiempo estas caracteristicas se pueden detallar [4]. Sin embargo, el envejecimiento oxidativo a largo plazo puede causar fallas tan graves como la oxidacion inicial, incluido un gran aumento de la rigidez y la perdida de ductilidad, y el craqueo de los productos Anales bajo tensiones termicas o de carga.

Actualmente existe un metodo para especificaciones de materiales asfalticos, resultado de diversas investigaciones a traves de la historia: el metodo Superpave (Superir Performing Asphalt Pavements), el cual mide las propiedades fisicas de los asfaltos sobre los asfaltos envejecidos por el laboratorio, creando condiciones reales de operacion del pavimento [21]. En el metodo Superpave "el potencial de ahuellamiento es verificado con una muestra de asfalto original, y otra luego de realizar el envejecimiento en RTFO, mientras que el potencial de fisuracion (debida a fatiga y a cambios termicos) es corroborado mediante el envejecimiento por medio del Pressure Aging Vessel (PAV)" [13]. El ensayo PAV (pressure aging vessel) tiene como mecanismo oxidar aceleradamente la mezcla asfaltica representando un estado de servicio por muchos anos, lo cual simula un envejecimiento a largo plazo [22].

Simultaneamente, [6] "estudio el envejecimiento de sistemas asfalto agregado y concluyo que los metodos mas recomendados para evaluar la durabilidad a largo tiempo son envejecimiento en horno, oxidacion bajo presion, tratamiento con luz ultravioleta, tratamiento con humedad, y para corto tiempo son calentamiento y tratamiento con microondas. Adicionalmente, dividio las pruebas para evaluar las mezclas asfalto-agregado, en pruebas destructivas y no destructivas, siendo algunas de estas ultimas el modulo dinamico, el modulo elastico y la prueba de tension indirecta" [3].

Asi mismo, [3] al analizar una mezcla asfaltica modificada con polimero, la cual estaba envejecida, determina que la modificacion con polimeros incrementa el modulo complejo (incremento en la resistencia a la deformacion "ablandamiento") a temperaturas elevadas, y lo disminuye a bajas temperaturas, lo que significa que los polimeros disminuyen la susceptibilidad al envejecimiento de los asfaltos y reducen el incremento de la ductilidad.

Con lo anterior es posible determinar que los polimeros industriales y polimeros de desechos de productos biodegradables son los productos mas utilizados en el area de asfaltos modificados [23]. Polimeros de tipo elastomero tienden a deformarse al inducirles fuerza, pero vuelven casi a su forma original cuando se retira la fuerza inducida. Entre los mas destacados se encuentran los copolimeros en bloque de estireno y butadieno SBS [24].

En Colombia se empezo a estudiar el envejecimiento bajo condiciones naturales a mediados del ano

1997, por investigadores como Afanasieva y Alvarez, que evaluaron los cambios que se daban en las propiedades fisicas y mecanicas a partir de ensayos como: viscosidad, ductilidad, penetracion, punto de ablandamiento y densidad.

2.1. Asfalto modificado

En el ambito mundial la utilizacion de los asfaltos modificados se ha convertido en uno de los metodos de mayor uso para el mejoramiento de las caracteristicas que presentan las mezclas asfalticas al experimentar niveles elevados de transito y distintas temperaturas [25]. Su uso permite conseguir un producto de mayor durabilidad y mejor comportamiento bajo las cargas de transito, por esto desde hace varios anos esta tecnologia de asfaltos modificados se emplea en distintos paises del mundo como; Brasil, Mexico, Chile, Espana, Costa Rica y Colombia entre otros [23].

Esta alternativa tiene un efecto significativo en los pavimentos, ya que consigue un aumento en propiedades como cohesion y adhesividad, un mayor tiempo de vida util y, por ende, logra disminuir costos de mantenimiento en las vias [24] obteniendo una mayor resistencia a los efectos del agua y cambios climaticos. Tambien se mejoran las propiedades elasticas y de viscosidad con el fin de obtener un producto mas resistente a la deformacion y fatiga, y minimizar los efectos producidos por este fenomeno que ataca a los pavimentos [26]. Paises como Estados Unidos, Venezuela, Costa Rica, Salvador, Francia y Brasil iniciaron las investigaciones para minimizar los efectos del envejecimiento [24], buscando alternativas convenientes para reducir el riesgo del dano por este fenomeno y a su vez contribuir a la fomentacion para la innovacion de materiales para carreteras a partir del uso de desechos u elementos no biodegradables y materiales organicos [7]. A partir de esto se han realizado trabajos con la utilizacion de llanta, vidrio, polietileno, PVC, icopor, polimeros, Abras, ceras naturales o cal entre otros.

Aguilar y otros [7] realizaron un estudio del uso de materiales de desechos como una alternativa para la modificacion de asfaltos, en el que se evaluo el uso de poliestireno, mezcla de llenante de polimero que incluye caucho, talco, fibra de carbon, fibra de vidrio, polipropileno, polietileno y caucho de llanta entre otros, como modificantes para el asfalto (AC-30). Los ensayos para la caracterizacion del asfalto se realizaron en el Laboratorio Nacional de materiales y modelos estructurales (Lanamme UCR, Universidad de Costa Rica). La caracterizacion del asfalto fue realizada siguiendo la metodologia superpave para el asfalto original, el asfalto envejecido a corto plazo (RTFO) y el asfalto envejecido a largo plazo (RTFO+PAV). Los modificantes fueron incorporados al asfalto de acuerdo a una dosificacion por peso, obteniendo un resultado que permite concluir que, al utilizar estos materiales, se mejora el desempeno frente a la deformacion permanente y a la fatiga; adicionalmente trae consigo ventajas como la reutilizacion de elementos no biodegradables que generan alto impacto en el medioambiente, pues su lugar de disposicion final son fosas o basureros [7].

En otra investigacion se incorporaron latices sinteticos de estireno-butadieno de altos solidos y polimerizados en frio (latex de SBR), para la modificacion del bitumen en mezcla asfaltica en caliente y para emulsiones bituminosas empleadas en aplicaciones en frio como los micro-pavimentos y tratamientos superficiales. Se realizaron los ensayos de penetracion y viscosidad para el asfalto seguidos del metodo SHRP de los Estados Unidos, que da como resultado las especificaciones Superpave, obteniendo una correlacion real del rendimiento del pavimento. La mezcla del asfalto con el latex de SBR se realizo por agitacion a presion atmosferica utilizando un sistema de extraccion de afluentes. Los resultados obtenidos en esta investigacion permitieron concluir que al modificar el asfalto con este polimero disminuye factores del envejecimiento como: ahuellamiento o acanalamiento por deformacion plastica del ligante bituminoso, rotura por cambios de la temperatura, fatiga y desprendimiento de agregados [21].

2.2. Modificacion con lignina

Comunmente se esta buscando una tecnica con resultados efectivos para minimizar el dano que genera el envejecimiento a los pavimentos [27]; la tecnologia de los asfaltos y las mezclas asfalticas modificadas se han convertido en una alternativa que es considerablemente estudiada y aplicada en el mundo. Con el uso de polimeros se modifican las propiedades del asfalto y la mezcla [28].

Al existir una compatibilidad entre la matriz del asfalto y un material adicional, se mejoran las propiedades reologicas de la mezcla evitando problemas como el desgaste de la carpeta de rodadura o un aumento a la resistencia de fatiga [29]. Se ha demostrado que la presencia de polimeros en el asfalto reduce efectos tales como el endurecimiento del asfalto y la perdida de las propiedades fisicas deseables, tambien conocidas como oxidacion. De igual forma, reduce los efectos producidos por el envejecimiento y, por lo tanto, desacelera la formacion de grietas y surcos en el pavimento, entre otras patologias [20].

En la busqueda de un asfalto resistente a la oxidacion, [20] realiza una investigacion en la ciudad de Washington, en la que utiliza la tecnica de espectroscopias de fotoelectrones de rayos x (XPS): es un metodo utilizado para la caracterizacion de superficies, en la que se estudia los elementos quimicos y atomicos de la estructura del pavimento. [20] implemento esta tecnica para probar la validez de los modelos de asfalto modificados y no modificados, para la modificacion del asfalto uso aditivos biologicos entre los cuales se encontraba la lignina. Se elaboran siete muestras de asfalto modificado con un porcentaje de lignina comercial, siendo esta un polimero antioxidante por tener gran cantidad de estructuras de fenol [31]. La mezcla se llevo a cabo a una temperatura de 130[grados]C y 150[grados]C, en un tiempo equivalente a 2 horas, para comprobar la resistencia de la lignina a elevadas temperaturas y simular el envejecimiento del asfalto. Con este procedimiento se demostro la capacidad de la lignina para supervivir a 130[grados]C y 150[grados]C, y concluir que la lignina que se estudio es adecuada para las mezclas en caliente, seguido a estos ensayos se utiliza la tecnica de espectroscopia para analizar los elementos de la mezcla a nivel molecular [19]. A partir de los resultados de la investigacion realizada se afirma que al utilizar tecnologias como la modificacion de asfalto se mejora el comportamiento que experimentan las mezclas tradicionales cuando son sometidas a diferentes condiciones de carga y del medioambiente [19], es decir, los efectos del envejecimiento como: la reduccion de ahuellamiento y el incremento del agrietamiento entre otros [32].

Botaro y otros [29] estudian las caracteristicas de una mezcla asfaltica modificada con poliestireno reciclado (PS), polvo de neumaticos (PPN) y lignina (LIG), sobre la que realizan ensayos como penetracion y punto de ablandamiento (anillo y bola) para determinar la eficacia de la mezcla de asfalto. Se usa un porcentaje de 1% a 6% de agentes modificadores. Los resultados en estos ensayos indican que a mayor % de agente modificar menor penetracion y mayor punto de ablandamiento. El proposito principal de esta investigacion es reforzar la matriz de la mezcla base y obtener como resultado un aumento en su resistencia [30], para esto se debe tener en cuenta las caracteristicas, concentracion del aditivo y naturaleza de la matriz de asfalto [7].

Algunos polimeros contiene diferentes porcentajes de Abras vegetales, el uso de estas fibras reducen el impacto termoplastico y mejora la resistencia mecanica de los asfaltos igualmente reducen el peso de los materiales compuestos y posibilitan la opcion de obtener materia prima de recursos renovables. Es por esto que la lignina es vista actualmente como uno de los polimeros mas aceptados para modificar asfalto, por su efecto estabilizador que presentan las fibras, mayor rigidez en ellas y una interaccion aceptable en cuanto a fibra-matriz [30]. "En el mundo se generan entre 40 y 50 millones de toneladas de lignina por ano" [33], siendo un biopolimero de facil acceso por su abundancia natural y gran produccion. Hoy en dia en el ambito mundial, su uso como materia prima es importante en industrias papeleras, de alimentos, fabricacion de tableros aglomerados y materiales rigidos, combustibles y como emulsionantes en mezclas de betunes y asfaltos.

3. METODOLOGIA

En relacion con lo planteado hasta este punto, la problematica de la investigacion esta relacionada con los efectos que ocasionan el envejecimiento en el asfalto y la busqueda de un elemento que sea compatible con este para minimizar el dano ocasionado.

Esta investigacion inicia con una amplia revision bibliografica que explica los efectos del envejecimiento sobre el asfalto, asi mismo, con las diferentes investigaciones en el ambito mundial sobre asfalto modificado con polimeros y materiales reciclables, y los resultados optimos que se han obtenido en cada una de estas.

De esta manera el diseno metodologico involucra la caracterizacion del material empleado para la realizacion de los ensayos de penetracion, punto de ablandamiento y el ensayo de horno de pelicula delgada (RTFO).

Seguido de esto, se llevara a cabo un analisis de los resultados obtenidos despues del ensayo de envejecimiento, esto con el fin de determinar si la modificacion de asfalto 80-100 con lignina minimiza los efectos de envejecimiento durante el proceso de construccion.

3.1. Descripcion de los materiales

3.1.1. Lignina-alcali:

El agente modificador es resultante de un proceso industrial proveniente del bagazo de azucar que se lleva a cabo en una empresa del sector papelero. La lignina utilizada fue tamizada (malla 200) siendo un polvo fino fundamental para la modificacion del cemento asfaltico. Sus propiedades son especificadas por SIGMA-ALDRICH laboratorios de quimicos, Tabla 1.

3.1.2. Cemento asfaltico

El asfalto utilizado corresponde a penetracion de 80/100 provenientes de la planta de produccion de la empresa Manufacturas y Procesos Industriales Ltda., en Barrancabermeja (Colombia). Estos asfaltos se caracterizaron en su estado original con los ensayos normalizados (ver Tabla 2) presentando las siguientes propiedades.

4. RESULTADOS

Se realiza la debida caracterizacion fisica del asfalto convencional y modificado con 5%,10%,15% y 20% de lignina (ensayos de penetracion y punto de ablandamiento), luego cada muestra es sometida a envejecimiento mediante el ensayo de RTFO y, posteriormente, se vuelve a realizar caracterizacion fisica del asfalto envejecido. Se obtiene que el material convencional modificado con lignina presenta rigidizacion del asfalto disminuyendo un 12,8% con una adicion del 5% lignina, presente a este se identifica un aumento del 11,22% al aumentar el contenido de lignina hasta un 15%, continuo desciende un 16,6% con respecto al asfalto de 15%. Indicando que el material tiene un mejor comportamiento al adicionar 20% lignina reduciendo su resistencia a la penetracion en un 16,67%.

Despues de tener resultados de un asfalto convencional y modificado con lignina, se presenta como afecta el estado de oxidacion al asfalto en su estado original y modificado con lignina a partir del ensayo RTFO. Como se observa el cemento asfaltico 80/100 modificado con lignina en porcentajes de 5% al 15% p/p indica una mayor resistencia a la penetracion, disminuyendo un 23,2%. Al adicionar 20% de lignina se presenta un aumento con respecto al 15% del 10%. Como se observa en la Grafica 1.

Se conoce que el ensayo de envejecimiento a corto plazo es la representacion de la oxidacion del asfalto en proceso de construccion, sin tener en cuenta el estado de envejecimiento durante su etapa de servicio (PAV). Por lo tanto, se observa que la adicion de lignina rigidiza el material en estado original en un 17,8% en promedio, sin sobrepasar los limites que provoquen fisuramiento, ondulaciones, abultamientos, entre otras patologias.

En la Grafica 2 se presenta el ensayo de punto de ablandamiento antes y despues del RTFO, mostrando su comportamiento cuando esta en estado original, y cuando es modificado con lignina al 5p/p, 10p/p, 15 p/p y 20 p/p.

Se evidencia que el asfalto en estado original, al presentar oxidacion por el ensayo de RTFO, disminuye el punto de ablandamiento en un 5,15% con respecto al asfalto que no presenta oxidacion, sin embargo, con el 5p/p de modificante se obtiene un aumento del 3.29 p/p en relacion al mismo asfalto modificado antes del RTFO. Para la modificacion del 10 p/p el punto de ablandamiento disminuye 3.85 p/p con respecto al asfalto antes del ensayo de RTFO. Para el modificante del 15% el punto de ablandamiento despues del ensayo de RTFO aumenta 1%; con el 20% de modificante el punto vuelve a disminuir frente al asfalto sin oxidar.

El punto de ablandamiento mas alto del asfalto despues del ensayo de RTFO es el del modificante del 15%, el cual al compararlo con el asfalto original sin oxidacion incrementa en un 3.65[grados]C, y con respecto al asfalto convencional con oxidacion su aumento es de 3[grados]C. De acuerdo a esto, la modificacion con lignina no sobrepasa los limites maximos de incremento por lo que posibilita su uso haciendolo ideal para climas calidos.

En funcion del Indice de penetracion (INV E-724-07) se clasifican los cementos asfalticos en tres grupos:

1. Ip>+1: cementos asfalticos con poco susceptibilidad a la T, asfaltos oxidados.

2. Ip<-1: cementos asfalticos con mayor susceptibilidad a la T, comportamiento viscoso.

3. Ip entre +1 y -1: cementos asfalticos aptos para la construccion de carreteras.

Para determinar el porcentaje optimo no solo se tiene en cuenta el ensayo de penetracion o el ensayo de punto de ablandamiento por separado, se manejan las dos variables a traves del Indice de penetracion, el cual como se especifica anteriormente se determina bajo ciertos valores: un termino medio, un termino no tan bueno y un termino favorable. En este caso el 15% antes del RTFO presenta el mejor Indice de penetracion con valores que oscilan entre +1 y -1, y menores a uno despues del ensayo de RTFO.

5. CONCLUSIONES

* El excesivo porcentaje de lignina en la mezcla puede llegar a convertirse en un problema. Se encontro que porcentajes alrededor del 20% de lignina, rigidiza el material, lo cual perjudica las propiedades mecanicas de la mezcla asfaltica, posiblemente facilitando la fisuracion termica particularmente en climas frios.

* El porcentaje optimo de sustitucion es de 15% de lignina, ya que en comparacion con el asfalto sin modificar y con las demas adiciones se obtuvo un asfalto con mejor comportamiento reologico, lo cual se reflejo en el aumento de su consistencia en un 33.77% respecto al asfalto convencional y en su poca susceptibilidad termica con un punto de ablandamiento de 48,8[grados]C. De igual forma, con este porcentaje de modificacion se puede utilizar una temperatura de 135[grados]C para los procesos de compactacion y mezclado.

* Como este trabajo se enfoco en determinar el porcentaje optimo de lignina que mejorara el comportamiento reologico del asfalto, es necesario continuar la investigacion con la ejecucion de ensayos mecanicos sobre mezclas modificadas con 15% de lignina, para determinar el desempeno de dicha mezcla en una estructura multicapa.

* Se recomienda realizar el ensayo PAV (Pressure Aging Vessel) con muestra del asfalto 80-100 modificado al 15% de lignina, para registrar su comportamiento al envejecimiento acelerado representando un estado de servicio por varios anos.

* El uso de lignina en la modificacion de asfaltos provoca un beneficio no solo a las caracteristicas tecnicas del material sino a todas las industrias que por sus actividades economicas generan lignina como desperdicio, ya que sugiere un nuevo uso y permite reutilizar este desecho.

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[24] H.A. Rondon, F.A Reyes, A.S. Figueroa, E. Rodriguez, C.M Real, y T.A. Montealegre, "Estado del conocimiento del estudio sobre mezclas asfalticas modificadas en Colombia", Infraestructura Vial, Vol. 18, No. 19, pp. 10-20, 2008.

[25] P. Salinas, "Aplicacion de micro-pavimento usando asfalto modificado con polimero en la via Sullana-Aguas Verdes", Tesis Ing. Civil, Dpto. Ing. Civil, Univ. Piura, Piura, Peru, 2009.

[26] P. Aragao, C. Alves da Frota, R.A. Bertoldo, y T.M. Freitas da Cunha, "Estudo de misturas areiaasfalto com areia de residuo de construcao e demolicao, fibra do acai e polimeros para a cidade de Manaus", Rev. Ciencia & Engenharia, Vol. 20, No. 2, pp. 11-19, 2011.

[27] F.A. Reyes, C. Guaqueta, L.M. Porras y H.A. Rondon, "Comportamiento de un cemento asfalticomodificado con un desecho de PVC", Revista Ingenierias Universidad de Medellin, vol. 12, no. 2, pp. 75-84, 2013.

[28] V.R. Botaro, S. Rodriguez, F. Rodriguez, y A.E. Cerantola, "Obtencao e caracterizacao de blendas de asfalto CAP 20, modificado con poliestireno reciclado, residuos de pneu e lignina organossolve", Rev. Esc. Minas, Vol.59, No.1, pp. 117-122, 2006.

[29] R. Gadioli, J.A. Morais, W.R. Waldman, y M-A. De Paoli, "The role of lignin in polypropylene composites with semi-bleached cellulose fibers: Mechanical properties and its activity as antioxidant", Rev. Polymer Degradation and Stability, Vol. 108, pp. 23-34, Oct. 2014.

[30] M. Chavez, y M. Domine, "Lignina, estructura y aplicaciones: Metodos de despolimerizacion para la obtencion de derivados aromaticos de interes industrial", Avances en ciencias e Ingenieria, vol. 4, No. 4, pp. 15-16, 2013.

[31] F Elizondro, J. Salazar y E. Villegas, "Caracterizacion de Asfaltos Modificados con diferentes aditivos". Rev Ingenieria y construccion, Vol. 20, No. 1-2, pp. 81-92, 2010.

[32] J. Bedia, J. M. Rosas, J. Marquez, J. Rodriguez-Mirasol y T. Cordero, "Preparation and characterization of carbon based acid catalysts for the dehydration of 2-propanol", Rev. Carbon, Vol. 47, No. 1, pp. 286-294, ene. 2009.

Daniella Rodriguez U *

Cristian Rodriguez **

Sindy Ramirez ***

Cristhian Florez ****

* Docente, Universidad Piloto de Colombia, departamento de ingenieria civil. Correo electronico: daniella-rodriguez@unipiloto.edu.co

** *** **** Departamento de Ingenieria, Universidad Piloto de Colombia.

Fecha de recepcion: 1 de abril de 2016 * Fecha de aceptacion: 1 de junio de 2016

Leyenda: Grafica 1. Resultados de ensayo de penetracion antes y despues de RTFO

Leyenda: Grafica 2. Resultados de ensayo de punto de ablandamiento antes y despues de RTFO
Tabla 1: Propiedades lignina-alcali

PROPIEDADES

Tension superficial         43 mN / m (1% acuoso)

Impurezas                   5% de humedad

Perdida                     13.4 wt. % perdida en calefaccion @
                            316[grados]C
                            3.3 wt. % perdida en calefaccion @
                            149[grados]C
                            5.7 wt. % perdida en calefaccion @
                            204[grados]C
                            8.5 wt. % perdida en calefaccion @
                            260[grados]C

PH                          6,5 (25[grados]C, 5%, solucion acuosa)

Transicion de temperatura   punto de sinterizacion 188[grados]C

Solubilidad                 NaOH soluble 0.05% (caliente 5% acuoso)
                            MEK: parcialmente soluble
                            benceno: insoluble
                            dioxano: soluble
                            etilenglicol: soluble
                            hexano: insoluble
                            metanol: parcialmente soluble

Densidad                    1,3 g / ml a 25[grados]C

Densidad aparente           23 libras / pies cubicos (suelto)
                            32 libras / pies cubicos (embalado)

Fuente: http://wwwsigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/
370959?lang=en&region=CO

Imagen derecha. Molecula de lignina (Pan, 2013)

Tabla 2: Propiedades asfalto

PROPIEDAD                       NORMA DE    ESPECIFICACION   REPORTE DE
                               REFERENCIA                     CONTROL
                                  INV        MIN     MAX

Penetracion @ 25[grados]C,       E-706       80      100         90
  100 g, 5s (mm/10)
Punto de ablandamiento           E-712       --      --          47
Indice de penetracion            E-724       -1       1        -0.50
Perdida por calentamiento        E-720                1         0,48
  pelicula delgada en mov
  @ 163[grados]C, 85 min (%)
Peso especifico                  E-707                         1,004
Incremento en el punto de        E-712                9         6,8
  ablandamiento despues de
  perdida por calentamiento
  en pelicula delgada,
  [grados]C

Fuente: Manufacturas y procesos industriales Ltda.

Grafica 3. Resultados de Indice de Penetracion antes de RTFO

Antes de RTFO

%lignina   p. ablandamiento   Penetracion   Indice penetracion

original         45,6            85,33            -1,08
5%               42,5            74,4             -2,41
10%              48,1            78,2             -0,59
15%              48,8            83,8             -0,20
20%              48,6            71,1             -0,71

Fuente: Elaborado por los autores

Grafica 4. Resultados de Indice de Penetracion despues de RTFO

Despues de RTFO

%lignina   p. ablandamiento   Penetracion   Indice de penetracion

original        43,25            72,33              -2,24
5%               43,9            61,5               -2,41
10%             46,25            59,17              -1,82
15%             49,25            55,5               -1,16
20%               48             61,67              -1,24

Fuente: Elaborado por los autores
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Author:Rodriguez U, Daniella; Rodriguez, Cristian; Ramirez, Sindy; Florez, Cristhian
Publication:Revista Ingeniare
Article Type:Ensayo
Date:Jun 1, 2016
Words:6559
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