Que se hace en un laboratorio de asfalto



El asfalto ha sido utilizado para la construcción de carreteras desde la antigüedad ya que tiene ciertas características físicas que le permiten su uso como aglutinante en la mezcla asfáltica.
El asfalto es un material altamente impermeable, adherente y cohesivo, capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo la acción de cargas permanentes.
Es muy importante considerar que la muestra del ligante asfáltico debe ser representativa, y de mantenerse almacenada debe usarse el recipiente adecuado y bajo condiciones de almacenamiento óptimas para evitar contaminación o alteración de las propiedades de la muestra.

CEMENTO ASFÁLTICO

El cemento asfaltico puede ser caracterizado de tres maneras:
• Por grado de viscosidad.
• Por grado de penetración.
• Por grado de desempeño.

Independientemente de cada caracterización se intenta evaluar la consistencia del cemento asfaltico a una o varias temperaturas, así como evaluar propiedades relacionadas con la pureza, susceptibilidad al envejecimiento y seguridad del cemento asfaltico.

Caracterización por grado de viscosidad

Se recomienda que la cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas sea un galón de asfalto (3,79 Litros), pese a que los ensayos podrían realizarse con muestras de menor tamaño. Adicionalmente es recomendable contar con una muestra testigo en caso se requiera verificar posteriormente alguna propiedad.
El principio fundamental de la caracterización por grado de viscosidad es determinar la viscosidad absoluta a 60 °C y asignar como resultado o consistencia obtenida el grado AC correspondiente, para luego verificar los demás requisitos para este grado AC (por ejemplo, AC30) en el resto de ensayos especificados.

Los ensayos especificados son:

• Viscosidad a 60 °C (ASTM D2171).
• Viscosidad Cinemática a 135 °C (ASTM D2170).
• Penetración a 25 °C (ASTM D 5).
• Punto de inflamación con copa abierta Cleveland (ASTM D92).
• Solubilidad en tricloroetileno (ASTM D70).
• Ensayo de película delgada (ASTM D1754).
• Viscosidad a 60 °C, al residuo del ensayo de película delgada (ASTM D2171).
• Ductilidad a 25 °C, al residuo del ensayo de película delgada (ASTM D113).

Breve descripción de las pruebas de ensayo:
Viscosidad a 60 °C.
Esta es una propiedad fundamental del asfalto para cuantificar su consistencia a la temperatura de 60 °C, adicionalmente se utiliza para valorar el efecto de la temperatura en el comportamiento del material para proponer el rango de temperaturas en la producción de la mezcla asfáltica y su colocación.
Viscosidad Cinemática a 135 °C.
Esta información también es una propiedad fundamental del asfalto, determina el comportamiento del material con respecto a la temperatura, de esta forma se garantizan condiciones adecuadas para el almacenamiento del asfalto, trasporte y bombeo, además este parámetro se utiliza en el cálculo de temperaturas de mezclado y compactación, junto al ensayo de viscosidad absoluta a 60 °C.
Penetración a 25 °C.
La prueba de penetración es otro método para cuantificar la consistencia del asfalto, también utilizada como guía y para caracterizar asfaltos por grado de penetración. En general asfaltos blandos tendrán penetraciones mayores que los más rígidos.
Punto de inflamación con copa abierta Cleveland.

La prueba de punto de inflamación es un parámetro muy importante como consideración de almacenaje y transporte, ya que indica la temperatura mínima a la cual el asfalto empieza a generar vapores potencialmente inflamables, generando así riesgos de fuego.

Solubilidad en tricloroetileno.

El ensayo de solubilidad determina el contenido de asfalto en el asfalto original. La porción de asfalto soluble en tricloroetileno está constituida por los elementos aglomerantes activos, la parte insoluble es considerara materia inerte y posiblemente de naturaleza inorgánica. Es una forma de identificar el porcentaje de contaminantes en el asfalto.

Ensayo de película delgada.

Este ensayo se emplea para evaluar la susceptibilidad al endurecimiento o envejecimiento de tendría el asfalto durante las operaciones de mezclado, cuando se realiza esta prueba se debe reportar el resultado obtenido, de esta manera se puede expresar el resultado como pérdida de masa (al usar signo negativo) o ganancia de masa (utilizando signo positivo).

Viscosidad a 60 °C. (Al residuo del ensayo de película delgada).
Este dato proporciona información preliminar del comportamiento del asfalto posterior al ensayo de película delgada (envejecimiento). Se mide la viscosidad del residuo del asfalto ensayado y se compara con el valor inicial de viscosidad absoluta del asfalto en condición original. De esta información se obtiene la razón de viscosidades. Es una forma muy cuantitativa de determinar el envejecimiento del asfalto después del realizar ensayo de película delgada (envejecimiento), para los asfaltos clasificados por grado de viscosidad se utiliza el valor de 3.0 máximo, como razón de viscosidades.

Ductilidad a 25 °C. (Al residuo del ensayo de película delgada).
La presencia o ausencia de ductilidad es importante porque mide la capacidad del asfalto a la elongación antes de romperse, bajo condiciones controladas. Los asfaltos dúctiles tienen normalmente mejores propiedades aglomerantes. Por otra parte, asfaltos con una ductilidad muy elevada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura y por lo tanto a la deformación.

Caracterización por grado de penetración.
La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas es un galón (3.78 litros) de asfalto. Adicionalmente se recomienda tener una muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo. El principio fundamental es clasificar el asfalto de acuerdo con los resultados del ensayo de penetración a 25 °C. Se debe verificar el cumplimiento de los de más parámetros especificados.
Los ensayos especificados son:
• Penetración a 25 °C (ASTM D 5).
• Punto de inflamación con copa abierta Cleveland (ASTM D92).
• Ductilidad a 25 °C (ASTM D113).
• Solubilidad en tricloroetileno (ASTM D70).
• Ensayo de película delgada (ASTM D1754).
• Penetración a 25 °C (ASTM D 5), al residuo del ensayo de película delgada.
• Ductilidad a 25 °C (ASTM D113), al residuo del ensayo de película delgada.

Breve descripción del fundamento de las pruebas de ensayo:
La mayoría de los ensayos fueron descritos en la clasificación por grado de viscosidad.
Ensayo de penetración a 25 °C al residuo del ensayo de película delgada.
Este dato proporciona una estimación del comportamiento del asfalto posterior al ensayo de película delgada (envejecimiento), se mide la penetración a 25 °C del residuo del ensayo de película delgada y se compara con el valor inicial de penetración a 25 °C del asfalto en condición original. De esta forma se obtiene información cuantitativa del envejecimiento del asfalto después del ensayo de película delgada.
Equivalencias entre grado de viscosidad y grado de penetración.
Debido a la posibilidad de utilizar la clasificación de grado de viscosidad a 60 °C o la de penetración a 25 °C, es importante conocer la equivalencia para estas dos formas de clasificar el asfalto destinado para la construcción de pavimentos.

Grado de penetración Grado de viscosidad AC (Asphalt Cement)
40-50 AC-40
60-70 AC-20
85-100 AC-10
120-150 AC-5
200-300 AC-2.5

Grado de desempeño PG.
La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas es de medio galón (alrededor de 2 litros) de asfalto. Se recomienda tener una muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo.

El principio fundamental es realizar los envejecimientos en el horno de película delgada, medir las propiedades reológicas de la muestra en condición original, la muestra acondicionada y buscar con base a estos el rango de clasificación en el cual se cumplen los requerimientos, a los demás ensayos se les debe verificar el cumplimiento.

Los ensayos especificados son:

• Punto de inflamación con copa abierta Cleveland (ASTM D92).
• Viscosidad Dinámica a 135 °C (ASTM D4402).
• Efecto del calor y el aire en una película delgada de asfalto en movimiento mediante el horno de película delgada rotacional RTFO. (ASTM D2872).
• Ensayo de envejecimiento acelerado de ligantes asfalticos utilizando el recipiente de envejecimiento presurizado PAV (ASTM D6521).
• Determinación de las propiedades reológicas de materiales bituminosos (AASHTO T315 / ASTM D7175).

Breve descripción de las pruebas de ensayo:

Punto de inflamación Cleveland copa abierta.
La prueba de punto de inflamación es un parámetro muy importante como consideración de almacenaje y transporte, ya que indica la temperatura mínima a la cual el asfalto empieza a generar vapores potencialmente inflamables, generando así riesgos de fuego.

Viscosidad Dinámica a 135 °C (20 RPM, eje N°21).

El viscosímetro rotacional (RV) caracteriza la rigidez (stiffness) del asfalto a 135 °C, temperatura en la cual se comporta casi enteramente como un fluido. Consiste en un cilindro rotacional coaxial, que mide la viscosidad por medio del torque requerido para rotar un eje N°21 (spindle) sumergido en la muestra de asfalto caliente a una velocidad constante. Esta especificación limita a un valor menor de 3 Pa*s. Esto garantiza un asfalto que puede ser bombeado y manejable durante la elaboración de la Mezcla asfáltica en caliente.

Efecto del calor y el aire en una película delgada de asfalto en movimiento mediante el horno de película delgada rotacional RTFO.

Un aspecto clave en la evaluación de ligantes asfálticos con el sistema Superpave, es que las propiedades físicas son medidas sobre ligantes que han sido envejecidos en laboratorio para simular las condiciones de envejecimiento en un pavimento en operación. Las propiedades físicas se miden mediante reológia de los ligantes envejecidos en el RTFO (Rolling Thin Film Oven), para simular el endurecimiento por la oxidación que ocurre durante el mezclado en caliente y la colocación.

Envejecimiento acelerado de ligantes asfálticos utilizando el recipiente de envejecimiento presurizado PAV.
Otra etapa de envejecimiento que se puede medir de forma posterior al RTFO es el envejecimiento PAV (Pressure Aging Vessel) donde se simula además del endurecimiento por la oxidación que ocurre durante el mezclado en caliente y la colocación, el severo envejecimiento que sufre el ligante después de varios años de servicio en un pavimento.

Determinación de propiedades reologicas de materiales bituminosos.

Una vez que se han realizado los envejecimientos solicitados, las muestras se miden en el DSR (siglas en ingles de Reometro Dinámico de Corte), para caracterizar las propiedades visco-elásticas del ligante.

Ensayos informativos.
Además de los ensayos propuestos para el control de calidad de ligantes asfálticos y su caracterización, existen ensayos informativos que proporcionan información muy importante sobre el ligante, algunos son cálculos que se derivan de los resultados obtenidos.

La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas es de medio galón (alrededor de 2 litros) de asfalto. Se recomienda tener una muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo.

Los ensayos informativos son:
• Densidad a 25 °C (ASTM D70).
• Cromatografía SARA (ASTM D4124). Índice de Inestabilidad coloidal, IC (Procedimiento numérico).
• Contenido de ceras (UOP-046).
• Índice de susceptibilidad térmica, VTS (Procedimiento numérico).
• Razón de viscosidades (Procedimiento numérico).
• Cálculo de temperatura de mezclado y compactación (ASTM D2493).

Breve descripción de las pruebas de ensayo:
Densidad a 25 °C (gravedad específica).
Este ensayo es un parámetro fundamental del asfalto, utilizado para la venta de asfalto y el cálculo de masa – volumen en los tanques de almacenamiento, ya que permite estimar el volumen vendido de asfalto.
Cromatografía SARA.
Este método consiste en un fraccionamiento químico donde se separa el asfalto mediante la cromatografía de Corbett Swarbrick, en cuatro fracciones definidas: Saturados, Aromáticos, Resinas y Asfaltenos. Ademas se puede obtener el cálculo del Indice de Inestabilidad Coloidal, se especifica 0.6 como máximo
IC = (%Asfaltenos+%Saturados)/(%Resinas+%Aromaticos)

Contenido de Ceras.
Este es el contenido de ceras parafínicas, la concentración de ceras se obtiene de la fracción de saturados de la cromatografía SARA, es importante considerar que contenidos muy altos de estas ceras son perjudiciales para los asfaltos y sus aplicaciones, ya que producen problemas en la colocación y compactación debido a que la mezcla fluye de forma lateral y no permite una adecuada compactación. Se especifica como 3,0 como máximo.

Índice de susceptibilidad térmica VTS. (Susceptibilidad viscosidad-temperatura).
Este es un parámetro que evalua la variación de la viscosidad de los asfaltos con los cambios de temperatura durante su manipulación.

Razón de viscosidades.
Es la razón entre la viscosidad acondicionada en el horno de película delgada, sobre el resultado de la viscosidad en condición original.

EMULSIONES ASFÁLTICAS.
La emulsión asfáltica puede ser clasificada según su velocidad de rompimiento y de su carga electrostática (según el tipo de emulsificante utilizado), y posteriormente de acuerdo con las propiedades del asfalto residual.

Emulsiones catíonicas.
La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas es de un galón (3,78 Litros) de emulsión asfáltica. Se recomienda tener una muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo. El objetivo es el control de calidad por lo que se verifica el cumplimiento de los resultados de ensayo contra el tipo de emulsión fabricada por el proveedor.

Los ensayos especificados son:
• Viscosidad Saybolt Furol (ASTM D244).
• Prueba de estabilidad a 24 h (ASTM D6930).
• Demulsibilidad (ASTM D6936).
• Prueba de carga eléctrica de partículas (ASTM D244).
• Prueba de tamizado (ASTM D6933).
• Destilación y aceite destilado. (ASTM D6997).
• Solubilidad en tricloroetileno (ASTM D70). Al residuo de la destilación.
• Penetración a 25 °C (ASTM D 5). Al residuo de la destilación.
• Ductilidad a 25 °C (ASTM D113). Al residuo de la destilación.

Breve descripción de las pruebas de ensayo:
Viscosidad Saybolt Furol.
Esta prueba tiene la finalidad de determinar la viscosidad de la emulsión mediante un viscosímetro Saybolt Furol el cual cuenta con un orificio calibrado para este fin, con el propósito de conocer la consistencia y de forma indirecta, conocer cómo está el contenido de asfalto en la emulsión asfáltica. La presencia de glóbulos grandes puede obstruir el orificio calibrado indicando que la emulsión está rompiendo.

Prueba de estabilidad a 24 h.
La prueba de estabilidad o prueba de asentamiento o sedimentación, consiste en obtener la tendencia de los glóbulos de asfalto para sedimentarse durante un almacenamiento prolongado, lo cual se puede relacionar como una medida del deterioro de la misma en el tiempo.

Demulsibilidad
La prueba de demulsibilidad consiste en obtener el porcentaje de asfalto activo cuando la emulsión asfáltica es forzada a romper mediante un agente químico. Solo tiene aplicación con emulsiones asfálticas catiónicas de rompimiento rápido.

Prueba de carga eléctrica de partículas.
La prueba de carga electrostática consiste en determinar de forma cualitativa, el tipo de carga del emuslificante y por lo tanto el tipo de emulsión. Las emulsiones catiónicas mostrarán una deposición de material bituminoso en el cátodo o electrodo negativo.

Prueba de tamizado.
El objetivo de esta prueba es determinar cuantitativamente, el contenido de asfalto presente en forma de glóbulos relativamente grandes, que pudieran obstruir los equipos de aplicación. Además de indicar que tan estable puede encontrarse la emulsión asfáltica.

Destilación y aceite destilado.
Esta prueba tiene por objeto determinar las proporciones de agua, residuo asfáltico y contenido de aceites en la emulsión asfáltica. Es un parámetro fundamental de calidad de la emulsión asfáltica en cuanto a los materiales que la constituyen.

Solubilidad en tricloroetileno. Al residuo de la destilación.
Las pruebas en el residuo de la destilación tienen como objeto conocer las propiedades de los materiales asfálticos que componen a la emulsión asfáltica. Sin embargo, se debe tomar en cuenta que estos ensayos se hacen sobre el residuo de una destilación y estas pruebas han mostrado resultados que difieren de las propiedades de los asfaltos empleados durante su fabricación. El ensayo de solubilidad determina el contenido de materia inorgánica en el residuo de destilación. La porción de asfalto soluble en tricloroetileno está constituida por los elementos aglomerantes activos, la parte insoluble es considera materia inerte y posiblemente de naturaleza inorgánica. Es una forma de determinar contaminantes en el asfalto o aditivos incorporados.
Penetración a 25 °C. Al residuo de la destilación.

La prueba de penetración es una medida de la consistencia, los asfaltos blandos permitirán penetraciones mayores que los más rígidos.

Ductilidad a 25 °C (ASTM D113). Al residuo de la destilación.
La presencia o ausencia de ductilidad es importante porque mide cuanto el asfalto se estira antes de romperse bajo condiciones controladas. Los asfaltos dúctiles tienen normalmente a mejores propiedades aglomerantes. Por otra parte, asfaltos con una ductilidad muy elevada son usualmente susceptibles a los cambios de temperatura y por lo tanto a la deformación.

Emulsiones aniónicas
La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas de un galón (3,78 litros) de emulsión asfáltica. Siempre se recomienda tener otra muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo. El principio fundamental es el control de calidad por lo que se verifica el cumplimiento de los resultados de ensayo de la muestra contra el tipo de emulsión fabricada por el proveedor.
Los ensayos especificados son:
• Viscosidad Saybolt Furol (ASTM D244).
• Prueba de estabilidad a 24 h (ASTM D6930).
• Demulsibilidad (ASTM D6936).
• Prueba de carga eléctrica de partículas (ASTM D244).
• Prueba de tamizado (ASTM D6933).
• Destilación y aceite destilado. (ASTM D6997).
• Solubilidad en tricloroetileno (ASTM D70). Al residuo de la destilación.
• Penetración a 25 °C (ASTM D 5). Al residuo de la destilación.
• Ductilidad a 25 °C (ASTM D113). Al residuo de la destilación.

La descripción de los métodos de ensayos se realizó para las especificaciones de emulsiones catiónicas.

ASFALTOS REBAJADOS (CUTBACK).
Loa asfaltos rebajados actualmente tienen poca aplicación, anteriormente se utilizaba para producir mezclas frías; impermeabilizar y riegos de liga entre otras aplicaciones. Actualmente hay tres tipos para su uso, asfaltos rebajados de curado rápido (RC); asfaltos rebajados de curado medio (MC) y los asfaltos de curado lento (SC).
La cantidad de muestra necesaria para la realización de las pruebas: un galón (3,78 litros) de asfalto rebajado. Se recomienda tener una muestra adicional del mismo asfalto para utilizarlo como testigo. El principio fundamental es el control de calidad, por lo que se verifica el cumplimiento de los resultados de ensayo de la muestra contra el tipo de asfalto rebajado fabricado por el proveedor.

Los ensayos especificados son:
• Viscosidad cinemática a 60 °C (ASTM D2170).
• Punto de inflamación aparato de copa abierta (ASTM D3143).
• Destilación. (ASTM D402).
• Viscosidad absoluta a 60 °C (ASTM D2171). Al residuo de la destilación.
• Ductilidad a 25 °C (ASTM D113). Al residuo de la destilación.
• Solubilidad en tricloroetileno (ASTM D70).
• Contenido de agua (ASTM D95).
La descripción de la mayoría de los métodos de ensayos se realizó en las especificaciones para grado de viscosidad.
Destilación de asfaltos rebajados.
Este ensayo determina las fracciones de destilado en diferentes cortes de temperatura, normalmente se evalúan varios puntos, por ejemplo, para los asfaltos rebajados de curado rápido se evalúan cuatro puntos, el corte a 190 °C; 225 °C; 260 °C y 316 °C y el residuo final en el balón de destilación.
Contenido de agua.
Como parámetro de calidad y asumiendo que el asfalto rebajado está compuesto por asfalto y aceite como queroseno o diésel para fluidificarlo, se controla el contenido de agua presente en esa mezcla.


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