Propiedades          
Asphalt Machineries and Equipment

Propiedades Mecánicas Básicas:

Cuando el asfalto es calentado a una temperatura lo suficientemente alta, por encima de su punto de inflamación, este comienza a fluidificarse, a veces como un fluido Newtoniano y sus propiedades mecánicas pueden definirse por su viscosidad. A temperaturas mas bajas, el asfalto es un sólido visco-elastico, sus propiedades mecánicas son mas complejas y se describen por su modulo de visco-elasticidad, conocido como el modulo de stiffness.

Viscosidad

La viscosidad de un asfalto es usualmente medida en un viscosímetro capilar en una manera similar a la que se miden los aceites lubricantes. Este metodo mide la viscosidad cinematica que se reporta en centistokes (cst). La dinamica o absoluta se mide en centipoises (cp) y puede obtenerse de la cinematica multiplicandola por la densidad a esa temperatura determinada. La siguiente tabla muestra la viscosidad en centistokes de los grados standarts de asfaltos segun su penetracion o tambien en funcion de cierta viscosidad, conocer a que temperatura corresponde:

Pen_vs_PAb_Asfaltos.gif (30176 bytes)

Rango en penetracion

Viscosidad en cst

20.000 5.000 2.000 1.000 200 100 50
180/200 70 85 100 110 140 155 175
80/100 80 95 105 120 150 170 190
60/70 85 100 115 125 155 175 195
50/60 90 105 115 125 160 175 200
40/50 90 110 120 130 165 180 200
30/40 95 110 125 135 170 185 210
20/30 100 120 130 145 175 195 220
10/20 115 130 140 155 190 205 230
Rango en pen / P.A.  
85/25 125 145 160 170 205 225 250
85/40 130 145 160 170 200 220 245
115/15 165 185 205 215 255 - -

Viscosidades de aplicacion

En muchas aplicaciones, el asfalto es calentado hasta hacerse lo suficientemente fluido para cada aplicación en particular. La siguiente tabla nos indica la viscosidad que debe tener el asfalto para una aplicación determinada. Se asume que la aplicación se llevará a cabo a la máxima viscosidad posible, es decir la mínima temperatura posible. En algunos casos, menores viscosidades pueden utilizarse, dependiendo de los materiales que se utilicen, debido a que pueden ser dañados por la temperatura excesiva.

Aplicación Viscosidad requerida (cst)
Spray 20-100
Llenado de Juntas 100-200
Mezclado con Filler 200
Impregnación 20-200
Impermeabilización 200-1000
Pintado 600
Recubrimiento 1000
Bombear 1500-2000


El Ensayo Fraass

Es la medida de las propiedades de quiebre del asfalto a bajas temperaturas. En este ensayo, una lamina metálica es recubierta con una capa de 0,5 mm de espesor de asfalto y es movida de una cierta manera. La temperatura es gradualmente reducida, y el valor al cual se produce la rotura de la capa de asfalto se denomina Temp. Fraass. El ensayo Fraass nos da una indicación del riesgo de craqueo del asfalto a bajas temperaturas. Pueden obtenerse variaciones del resultado de este ensayo dependiendo del origen del crudo de petróleo con que se obtuvo el asfalto.

Pen_Temp_Fraass _vs_Índice_Pen.gif (24413 bytes)

Asfalto Temp. Fraass ºC
180/200 -22
80/100 -16
60/70 -13
40/50 -10
10/20 -4
 Oxid.85/25 -16
 Oxid.85/40 -22
Oxid.115/15 0

Densidad tipica de los asfaltos (g./cm3)

Asfalto Temperatura ºC
15 25 50 100 150 200
280/320 1.01 1.00 0.99 0.96 0.94 0.91
180/200 1.02 1.01 1.00 0.97 0.95 0.92
80/100 1.03 1.02 1.01 0.98 0.96 0.93
60/70 1.04 1.03 1.02 0.99 0.96 0.93
20/30 1.05 1.04 1.03 1.00 0.97 0.94
Oxid. 85/25 1.03 1.02 1.01 0.98 0.95 0.93
Oxid. 85/40 1.02 1.01 1.00 0.97 0.94 0.92
Oxid. 115/15 1.03 1.02 1.01 0.98 0.95 0.93

Resistividad / Conductividad Electrica

El asfalto tiene una alta resistencia (o una baja conductividad) y es en consecuencia un buen material aislante. La resistencia de todos grados comerciales decrece con el incremento de la temperatura y algunas figuras típicas son la siguientes:
Temp. ºC Resistencia (ohm/cm)
30 1014
50 1013
80 1012

Resistencia Dieléctrica

Esta medida en Kv/mm, y depende de las condiciones del ensayo y el Angulo de los electrodos. Asfaltos duros tienen un resistencia dieléctrica mas alta que la de asfaltos menos viscosos; la resistencia dieléctrica decrece con el aumento de la temperatura Temp. ºC Rigidez Dielectrica (Kv/mm)
20 20-30
50 10


Constante
Dieléctrica
Es alrededor de 2.7 a 20ºC, llegando a 3.0 a 30ºC. La perdida dieléctrica aumenta con el incremento de la temperatura, pero decrece con la frecuencia como se muestran en las tablas siguientes:(delta es el Angulo de distorsión de la fase)

Perdida Dieléctrica
temperatura ºC tangente delta (50 ciclos/seg) frecuencia (ciclos/seg) tangente delta (20ºC)
20 0.015 50 0.015
50 0.017 105 0.006
80 0.029 106 0.003
100 0.045 107 0.001

Propiedades Térmicas

Conductividad térmica es alrededor de 0.16 W/metro.ºC  (0.14 kcal/metro.hora.ºC)
El coeficiente de expansion cúbica del asfalto es alrededor de 0.0006 /ºC
El calor especifico de los asfaltos es:
El asfalto es moderadamente un buen material aislante térmico.
Temp. ºC Kj / kg.ºC cal /g/ ºC
0 1.67 0.4
100 1.89 0.45
200 2.10 0.5

Características de las mezclas de los asfaltos

Los asfaltos son miscibles entre ellos en todas las proporciones. La penetración y el punto de ablandamiento de una mezcla de dos asfaltos puede ser estimada utilizando las tablas adjuntas uniendo con un línea recta los puntos de las escalas verticales brindando la penetración o punto de ablandamiento de los grados a ser mezclados y luego utilizando la escala horizontal para leer las proporciones de la mezcla o de las proporciones requeridas. Estos gráficos son sumamente seguros cuando se utilizan asfaltos que tengan las mismas condiciones, como por ejemplo el mismo índice de penetración  o que sean asfaltos oxidados o asfaltos de obtención directa. EstdePenunamezcla_asfalto.gif (21692 bytes)EstdeP.A.unamezcla_asfalto.gif (25116 bytes)

Asfaltos Diluidos

El asfalto puede ser mezclado con un amplia variedad de fracciones de destilación del petróleo para diferentes aplicaciones. Fracciones volátiles livianas  se utilizan para los asfaltos diluidos donde un secado rápido es requerido. Fracciones como kerosén o gas oil se utilizan donde se permite un tiempo de secado mas prolongado. Fracciones pesadas son utilizadas donde un permanente ablandamiento es requerido. (Estas mezclas son virtualmente iguales a asfaltos muy blandos)

Dos reglas generales se aplican para solventes con asfaltos:
Cuando mas "pesada" sea la fracción de solvente, mejor será la disolución.
Cuando mas "aromática" sea la fracción de solvente, mejor será la disolución.

Para grados oxidados, solventes aromáticos deben ser utilizados inexorablemente, en orden para evitar alguna separación de fases.

Mezclas de Asfalto y Parafinas

La parafina puede ser adicionada al asfalto por dos propósitos:
Para reducir la viscosidad cuando este calienta
Para reducir la "pegajosidad" cuando este se
enfría

Parafinas con un punto de fusión de alrededor de 50-60 ºC se utiliza usualmente, a concentraciones de entre un 5-10ºC. La concentración de parafina no debe exceder el 20% para evitar la precipitación de asfaltenos.

Otros medios para reducir la "adherencia superficial del asfalto es:
Recubrir la superficie con talco u otros fillers finos
Utilizar asfaltos mas duros
Incorporar una sal
órgano metálica como por ejemplo: 5% de resinato de manganeso

Mezclas de Asfaltos y Fillers

Los fillers son sustancias finamente divididas las cuales son insolubles en asfalto pero que pueden ser dispersadas en el, como un medio de modificar sus propiedades mecánicas y consistencia. Usualmente sus sustancias minerales; materiales orgánicos tales como madera o corcho, raramente se utilizan. Típicos fillers minerales: cal, cemento, polvo de tiza, cenizas de combustible pulverizada, talco, sílice, etc. El efecto general de la adicción de fillers es endurecer el asfalto. En términos prácticos significa que existirá una reducción en su deformación o fluencia producida producida por una carga, un incremento en su punto de ablandamiento, una reducción de su penetración y un incremento en el stiffness. La propiedad de endurecimiento o stiffness depende de la cantidad de filler agregado o del tamaño de la partícula así como de la forma de la misma. Fillers tales como polvo de tiza producen un efecto menor. Para fillers normales, el efecto del filler sobre la penetración y el punto de ablandamiento del asfalto es proporcional a la concentración del filler para concentraciones de hasta un 40% del filler/asfalto. Para fillers tipo fibra, el limite es menor a 40%.
Elección de fillers
Los siguientes factores deben ser considerados:

- Fillers de asbestos no son adecuados para aplicaciones en la cual la mezcla es utilizada como un sellante o un protector en continuo contacto con un liquido, debido a que las fibras de asbesto pueden transportar el liquido a través del asfalto
- Fillers que pueden absorber agua no deben ser utilizados cuando el asfalto esta en contacto con el agua
- Si el asfalto va a ser utilizado como un protectivo resistente a los ácidos, los fillers deben ser sílices
- El uso de cal como filler mejora la adhesión del asfalto a las superficies minerales (piedra, vidrio, etc) en presencia de agua

Efecto_filler_onpenet_Bit_filler.gif (28164 bytes)
Efecto_filler_onR&Ball_Bit_filler.gif (28286 bytes) 

Los fillers deben ser mezclados en el asfalto en un mezclador a una temperatura tal que la viscosidad es alrededor de 200 cst.por ejemplo para un asfalto de penetración será a una temperatura de 100ºC por encima de su punto de ablandamiento. El filler debe ser agregado gradualmente para no enfriar al asfalto rápidamente; mezclado en forma continua y permitir la salida de aire ocluido en la masa del asfalto. Mezclas de asfalto/filler deben mantenerse en proceso de mezcla inmediatamente de su utilización para prevenir la sedimentación del filler.

Polvo de Asfalto 

Solo asfaltos de baja penetración puede ser triturados para ser reducidos a polvo, usualmente a una partícula de tamaño de 0.5 mm o menos. Este limite depende de la temperatura ambiente tal como se muestra en las siguiente lista
Penetración a 60ºC:
menos de 15 : no causa problemas mas de 15: puede no trirurarse

 

Penetración a 25ºC
mas de 10 no triturable
5-10 con dificultad
2-5 triturable
menos de 2 fácilmente triturable


Almacenamiento y manipuleo del asfalto caliente

Costras o formacion de pieles en tanques de asfalto es causado por el sobre calentamiento en una atmosfera oxidante. Esto puede ser minimizado reduciendo la temperatura de almacenamiento o evitando picos temporarios de temperatura causado por controles deficientes de la temperatura. El asfalto no debe ser almacenado a granel a altas temperaturas. Si la temperatura de aplicacion está por encima de los 160ºC, se deberá utilizar un pequeño tanque calentador para llegar a esa temperatura y la temperatura en el tanque de estar 50ºC por encima del punto de ablanamiento del asfalto en cuestion. Gas inerte como el nitrogeno o el dioxido de carbono puede ser utilizado para reducir la formacion de "pieles" en la superficie del asfalto. Este tipo de proceso pede llegar a ser honeroso.

Otros procesos a utilizarse pueden ser:

Este seguro que alguna linea de retorno en el sistema circulatorio entre al tanque por debajo del nivel de la superficie del asfalto y reducir la exposicion del asfalto al contacto con el oxigeno del aire

Usar tanques verticales para reducir la superficie de contacto con el oxigeno del aire

Si alguna piel se forma en la superficie de contacto del asfalto con el aire, mezclar ligeramente para que esa proporcion de residuos carbonosos mezclados vuelvan a mezclarse con la masa original del asfalto

Evitar inhalar los vapores de asfalto, particularmente cuando se retiran muestras de la parte superior del tanque

 

 

Limites de Temperaturas Recomendadas ºC

Grado Almacenamiento
Prolongado
Tanques de Despacho Máximas Condiciones de Operatividad

Asfalto de penetracion

penetracion > 200 105 155 190
100-200 115 165 200
40-100 125 175 200
penetracion <40 140 190 220

Asfalto Oxidados

Punto Ab. <80 150 175 200
Punto Ab. 80-90 160 190
Punto Ab. 90-100 175 200
Punto Ab. >100 200

Aditivos Retardadores del Fuego

El asfalto es un material no altamente inflamable tal como indica su punto de inflamacion (COC), el cual es usualmente por enciam de los 200ºC. Bajo severas condiciones, este podrá ser facilmente combustible y en algunas condiciones como ser en techados algunos retardadores de fuego pueden ser utilizados para reducir la inflamabilidad y la velocidad del fuego.

Los siguiente compuestos han sido utilizados o recomendados para la utilizacion en membranas o fieltros:

Hidrocarburos clorinados en union con oxido de antimonio

Trifenil Fosfato
Cloruro de Zinc
Borax
Sulfato de Amonio
Cloruro de Antimonio o de Bismuto
Polifenoles Clorinados ó Parafinas Cloradas

Resistencia del asfalto a los químicos

El asfalto es generalmente considerado con alta y buena resistencia al ataque a los quimicos tales como acidos, sales, alcalis, etc. Informacion general sobre la resistencia a las propiedades es como sigue:
- Resistencia al ataque se incremente con la dureza del asfalto
- Asfaltos oxidados son mas resistentes que los asfaltos directos de penetracion
- Asfaltos desasfaltizados con propano tienen una buena resistencia al ataque quimico
- Agregando un 5% de una parafina dura (punto de fusion por encima de 60ºC) al asfalto pueden mejorar la resistencia al ataque de acidos
- El ataque quimico sobre el asfalto es peor cuando se incrementa la temperatura, se incrementa el tiempo y se incrementa la concentracion del quimico
- El ataque sobre un asfalto inmerso en un quimico liquido es mas severo que si el ataque se realiza con el mismo quimico en forma de gas o vapor

Vea mas información en ingles en:

Polymer Modified Bitumen Asphalt Blown Units
Filler Blenders Additive Blenders

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