Procedimiento para producir composiciones bituminosas.

Procedimiento para producir una composición bituminosa que comprende emulsión de betún y árido mediante lasetapas siguientes:

(A) preparar una emulsión de betún libre de disolvente, que comprende:

(1) betún, en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 50,0% y aproximadamente el 75,0% enpeso total de la emulsión de betún,

(2) un emulsionante en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0,05% y aproximadamente el2,0% activo en peso total de la emulsión de betún, y

(3) agua en una cantidad adecuada para completar la emulsión de betún, y

(B) producir la composición bituminosa que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente 50ºCy aproximadamente 140ºC mezclando:(1) la emulsión de betún de la etapa (A), que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente25ºC y aproximadamente 95ºC, en una cantidad comprendida entre aproximadamente 20 el 2,0% yaproximadamente el 10,0% en peso total de la composición bituminosa, y

(2) árido, que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente 60ºC y aproximadamente140ºC, en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 90,0% y aproximadamente el 98,0% en pesototal de la composición bituminosa,

en el que dicho betún en dicha emulsión es un betún 80/100 o más duro.

Procedimiento para producir composiciones bituminosas.

Antecedentes de la invención Campo de la invención Esta invención se refiere a composiciones bituminosas, a procedimientos de producción de las mismas y a pavimento preparado a partir de dichas composiciones bituminosas. Más particularmente, la invención se refiere a la producción de composiciones bituminosas formuladas con emulsiones de betún libres de disolvente que presentan reología interfacial dependiente de la temperatura, controlable.

Descripción de la técnica relacionada Se preparan composiciones de pavimentación de mezcla en frío mezclando emulsión de betún con árido a temperatura ambiente (es decir, temperatura inferior a aproximadamente 40ºC) . Sin embargo, tradicionalmente se han asociado ciertos problemas con la utilización de tales composiciones en las que no está presente ningún disolvente. Por ejemplo, cuando se emplea emulsión de betún de fraguado lento en la construcción de pavimentos que soportan cargas, el pavimento se cura lentamente y desarrolla valores de resistencia suficientes adecuados para soportar el tráfico pesado y para resistir el daño por humedad. Sin embargo, la utilización de una emulsión de betún de fraguado rápido conduce a menudo a- una rotura prematura de la emulsión durante la manipulación y compactación (dando como resultado la formación de altos contenidos en huecos de aire) .

Se han empleado diversos procedimientos en intentos de acelerar el desarrollo de resistencia de mezclas frías de asfalto preparadas con emulsiones de betún. Varios de estos procedimientos se basan principalmente en la variación del pH de la emulsión o de todo el sistema para iniciar o acelerar la rotura y coalescencia de la emulsión. La patente US n.º 4.008.096 concedida a Knapp (que se incorpora por la presente memoria como referencia) es a modo de ejemplo de este enfoque, que enseña la inyección de agentes que varían el pH para iniciar la coalescencia de la emulsión.

Sin embargo, estos procedimientos padecen una falta de control de la sincronización de la química de variación del pH. En cualquier proceso de construcción que implique emulsiones de betún, la coalescencia o rotura prematura de las emulsiones de betún afecta de manera adversa al rendimiento en la producción, manipulación, transporte y otras operaciones de aplicación de utilización final. Emulsiones rotas prematuramente a menudo no pueden recubrir adecuadamente el árido y dan como resultado mezclas de árido-betún de alta viscosidad que pueden ser problemáticas de descargar de los camiones, pueden adherirse excesivamente al equipo de pavimentación, y que pueden ser difíciles de compactar hasta las densidades de pavimento requeridas. Por tanto, el fallo en el control eficaz de la sincronización de la química de variación del pH conduce comúnmente a una rotura prematura de la emulsión de betún y a una cascada de efectos no deseados sobre el procesamiento de la mezcla y las aplicaciones de pavimento.

Se han realizado intentos de controlar el inicio de las químicas de variación del pH en emulsiones de betún. Por ejemplo, la patente US nº 5.256.195 concedida a Redelius (que se incorpora por la presente memoria como referencia) enseña la utilización de emulsiones invertidas aniónicas que contienen agentes de rotura en la fase acuosa de la emulsión de agua en aceite en combinación con emulsiones catiónicas de fraguado lento como emulsión de recubrimiento y de mezclado principal. Tras la acción mecánica de la compactación, la emulsión invertida se rompe para exponer la fase acuosa alcalina a la emulsión de mezclado catiónica, variando de ese modo el pH del sistema e iniciando la rotura de la emulsión. Los expertos en la materia reconocen que la utilización de aceites minerales y otros disolventes (es decir, los denominados “aditivos para reducir la viscosidad”) puede conducir a mejoras en la compactibilidad. Sin embargo, la utilización de aditivos para reducir la viscosidad también puede dar como resultado disminuciones en la resistencia a la compresión temprana del pavimento compactado. Dosificaciones de aditivos para reducir la viscosidad de tan sólo el 0, 1% en peso de la emulsión a menudo disminuyen la resistencia a la compresión del pavimento compactado hasta el momento en que el aditivo para reducir la viscosidad se ha evaporado a la atmósfera.

Se conoce generalmente la formulación y producción de emulsiones bituminosas de rotura rápida mediante la utilización de emulsionantes de fraguado rápido (o de grado de pulverización) o fraguado instantáneo (por ejemplo, patente US n.º 4.338.136 concedida a Goullet, et al., que se incorpora por la presente memoria como referencia) . Sin embargo, enfoques de esta naturaleza padecen dos inconvenientes que los hacen inadecuados para la construcción de pavimentos de asfalto que soportan cargas que presentan un recubrimiento del árido completo, que se compactan hasta las densidades requeridas en el campo, y que desarrollan resistencia rápidamente. En primer lugar, a temperaturas ambientes las emulsiones de fraguado rápido no recubren adecuadamente áridos de granulometría densa utilizados comúnmente en la construcción de pavimentos que soportan cargas, de granulometría densa porque tales emulsiones de fraguado rápido tienden a romperse inmediatamente tras el contacto con las superficies de árido mineral. El término “fraguado rápido” es una característica que define a tales emulsiones (es decir, se rompen inmediatamente y liberan agua tras el contacto con el árido mineral) . En segundo lugar, a temperaturas ambientes la rotura inmediata de una emulsión de fraguado rápido produce una mezcla con alta viscosidad. El no poder compactarse adecuadamente conduce a pavimentos de baja densidad que no soportan el tráfico debido a deformación, disgregación y/o formación de baches (ya que pasa agua a través de la capa de baja densidad hacia la base en la que se degradan las capas de pavimento de soporte) .

Las emulsiones de fraguado instantáneo no son adecuadas para la producción de composiciones de pavimento de asfalto que soportan cargas a temperaturas ambientes por motivos similares. La utilización de grandes volúmenes de agua más allá de la presente en la emulsión para promover el recubrimiento del árido con emulsiones de fraguado instantáneo no es una técnica viable en la producción de pavimentos que soportan cargas. En primer lugar, los pavimentos que soportan cargas son mucho más gruesos que las superficies que no soportan cargas producidas por recubrimientos de mortero asfáltico y microrrevestimientos. Los pavimentos que soportan cargas más gruesos deben compactarse para densificar la mezcla, ya que una densidad insuficiente puede conducir a un fallo rápido de los pavimentos que soportan cargas debido a deformación, disgregación y formación de baches. Grandes volúmenes de agua impiden la compactación de pavimentos que soportan cargas, gruesos hasta las densidades requeridas porque el agua es incompresible. Además, las emulsiones de fraguado instantáneo desarrollan alta viscosidad cuando se someten a tensiones mediante acontecimientos de alta velocidad de cizalladura tales como compactación. Tal como se da conocer en las patentes US n.os 4.462.840 y 5.085.704, que se incorporan a la presente memoria como referencia, generalmente se necesitan retardadores para ralentizar la rotura de sistemas de emulsión de fraguado instantáneo de modo que los materiales puedan manipularse y colocarse sobre la superficie de construcción prevista antes del desarrollo de una resistencia cohesiva tal que no fluyan o no puedan esparcirse.

Se emplean comúnmente emulsionantes de fraguado lento en la producción a temperatura ambiente de composiciones de pavimentación de carreteras a base de emulsiones para pavimentos que soportan cargas. Los emulsionantes de fraguado lento producen emulsiones bituminosas que requieren poca o nada de agua para recubrir completamente la superficie del árido. Además, la naturaleza de fraguado lento de la emulsión produce una composición de pavimentación de carreteras con una tasa de coalescencia controlada, de modo que la mezcla de pavimentación de carreteras no aumenta de viscosidad hasta un punto en el que es inadecuada para su manipulación, transporte o compactación. Con gradaciones de árido con alto contenido en finos, altamente denso, los emulsiones de fraguado lento no se rompen ni antes de ni durante la compactación, haciendo de ese modo que la mezcla sea fácil de compactar a temperaturas ambientes. Sin embargo, composiciones de pavimento preparadas a temperatura ambiente con emulsiones bituminosas de fraguado lento desarrollan adhesión muy lentamente y se curan hasta resistencias suficientes para soportar... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para producir una composición bituminosa que comprende emulsión de betún y árido mediante las etapas siguientes:

(A) preparar una emulsión de betún libre de disolvente, que comprende:

(1) betún, en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 50, 0% y aproximadamente el 75, 0% en peso total de la emulsión de betún,

(2) un emulsionante en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 0, 05% y aproximadamente el 2, 0% activo en peso total de la emulsión de betún, y

(3) agua en una cantidad adecuada para completar la emulsión de betún, y

(B) producir la composición bituminosa que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente 50ºC y aproximadamente 140ºC mezclando:

(1) la emulsión de betún de la etapa (A) , que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente 25ºC y aproximadamente 95ºC, en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 2, 0% y aproximadamente el 10, 0% en peso total de la composición bituminosa, y

(2) árido, que presenta una temperatura comprendida entre aproximadamente 60ºC y aproximadamente 140ºC, en una cantidad comprendida entre aproximadamente el 90, 0% y aproximadamente el 98, 0% en peso total de la composición bituminosa,

en el que dicho betún en dicha emulsión es un betún 80/100 o más duro.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho betún es un betún 80/100 ó 60/70.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho betún es un betún PG64-22 o un betún PG64-22 modificado con estireno-butadieno-estireno (SBS) o un betún PG70-22 o un betún PG78-28.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha emulsión de betún contiene entre aproximadamente el 60, 0% y aproximadamente el 70, 0% en peso total de la emulsión de al menos un betún seleccionado de entre el grupo constituido por betunes, betunes modificados y combinaciones de los mismos.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho betún es un betún modificado que contiene al menos un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por cauchos naturales, cauchos sintéticos, plastómeros, resinas termoplásticas, resinas termoendurecibles, elastómeros y combinaciones de los mismos.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que dicho betún modificado contiene al menos un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por estireno-butadieno-estireno, caucho de estireno-butadieno, poliisopreno, polibutilenos, cauchos de butadieno-estireno, polímeros de vinilo, etileno-acetato de vinilo, derivados de etileno-acetato de vinilo, betunes modificados con azufre, betunes modificados con ácido y combinaciones de los mismos.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha emulsión de betún contiene entre aproximadamente el 0, 08% y aproximadamente el 0, 75% en peso total de la emulsión de al menos un emulsionante iónico.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho emulsionante es un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por emulsionantes anfóteros, emulsionantes catiónicos, emulsionantes no iónicos y combinaciones de los mismos.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho emulsionante catiónico es un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por imidazolinas grasas derivadas de ácidos grasos C12 a C24, imidoaminas grasas derivadas de ácidos grasos C12 a C24, ácidos resínicos y combinaciones de los mismos modificados con anhídrido maleico, ácido fumárico y/u otros enófilos y dienófilos y que se hacen reaccionar adicionalmente con polialquilenpoliaminas; amidoaminas grasas derivadas de ácidos grasos C12 a C24, ácidos resínicos y combinaciones de los mismos modificados con ácido acrílico, anhídrido maleico, ácido fumárico y/u otros enófilos y dienófilos y que se hacen reaccionar adicionalmente con polialquilenpoliaminas; alquil (C12 a C24) monoaminas saturadas, alquil (C12 a C24) monoaminas insaturadas, alquil (C12 a C24) polipropilenpoliaminas saturadas; alquil (C12 a C24) polipropilenpoliaminas insaturadas; alquil (C12 a C24) monoaminas saturadas modificadas mediante reacción con óxido de etileno y/u óxido de propileno para dar derivados de polioxietileno; alquil (C12 a C24) monoaminas insaturadas modificadas mediante reacción con óxido de etileno y/u óxido de propileno para dar derivados de polioxietileno; alquil (C12 a C24) polipropilenpoliaminas saturadas modificadas mediante reacción con óxido de etileno

y/u óxido de propileno para dar derivados de polioxietileno; alquil (C12 a C24) polipropilenpoliaminas insaturadas modificadas mediante reacción con óxido de etileno y/u óxido de propileno para dar derivados de polioxietileno; alquil (C12 a C24) arilmonoaminas saturadas, alquil (C12 a C24) arilmonoaminas insaturadas; alquil (C12 a C24) arilpolipropilenpoliaminas saturadas, alquil (C12 a C24) arilpolipropilenpoliaminas insaturadas; aminas cuaternarias C12 a C24; alquil (C12 a C24) éteraminas; alquil (C12 a C24) éterpoliaminas; N-óxidos de alquil (C12 a C24) polipropilenpoliamina; derivados de amina de taninos, derivados de amina de resinas fenólicas; derivados de amina de ligninas, poliacrilatos modificados con amina; y combinaciones de los mismos.

10. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho emulsionante anfótero es un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por ácidos grasos C12 a C24, ácidos resínicos y combinaciones de los mismos modificados con ácido acrílico, anhídrido maleico, ácido fumárico y/u otros enófilos y dienófilos y que se hacen reaccionar adicionalmente con polietilenpoliaminas, metilcarboxilato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) amidopropil-litio, metilcarboxilato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) -amidopropil-sodio, metilcarboxilatobetaínas de haluro de alquil (C12 a C24) -amidopropil-potasio, fosfato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) amidopropil-litio, fosfato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) -amidopropil-sodio, fosfato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) -amidopropil-potasio, sulfato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) -amidopropil-litio, sulfatobetaínas de haluro de alquil (C12 a C24) -amidopropil-sodio y sulfato-betaínas de haluro de alquil (C12 a C24) amidopropil-potasio.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha composición bituminosa se produce a una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 55ºC y aproximadamente 120ºC.

12. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha composición bituminosa se produce a una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 60ºC y aproximadamente 80ºC.

13. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho árido es un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por un árido de granulometría densa, un árido de granulometría discontinua, un árido de granulometría abierta, un pavimento de asfalto recuperado y combinaciones de los mismos.

14. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho emulsionante comprende una funcionalidad que presenta un parámetro de solubilidad de Hildebrand de 19 (MPa) 1/2 o superior.

15. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho emulsionante comprende una funcionalidad que presenta un parámetro de solubilidad de Hildebrand en el intervalo comprendido entre 19 (MPa) 1/2 y 25 (MPa) 1/2.

16. Utilización de la composición bituminosa preparada mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 anteriores para aplicaciones de pavimentación.

17. Utilización según la reivindicación 16, en la que la composición bituminosa se aplica a la superficie que va a pavimentarse a una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 50ºC y aproximadamente 120ºC.

18. Utilización según la reivindicación 17, en la que la composición bituminosa se aplica a la superficie que va a pavimentarse a una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 55ºC y aproximadamente 100ºC.

19. Utilización según la reivindicación 18, en la que la composición bituminosa se aplica a la superficie que va a pavimentarse a una temperatura en el intervalo comprendido entre aproximadamente 60ºC y aproximadamente 80ºC.

20. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19 anteriores, en la que la composición bituminosa aplicada se compacta hasta un contenido en huecos de aire comparable a composiciones de pavimento de mezcla en caliente preparadas a temperaturas que superan los 140ºC, que presentan un contenido en betún y una granulometría de árido equivalentes.

21. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19 anteriores, en la que la composición bituminosa aplicada se compacta hasta contener un contenido en huecos de aire inferior a composiciones de pavimento de mezcla en frío comparables preparadas a temperaturas ambientes, que presentan un contenido en betún y una granulometría de árido equivalentes.

22. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19 anteriores, en la que la composición bituminosa aplicada se compacta para desarrollar una resistencia de soporte de carga a una velocidad comparable a composiciones de pavimento de mezcla en caliente preparadas a temperaturas que superan los 140ºC, que presentan un contenido en betún y una granulometría de árido equivalentes.

23. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19 anteriores, en la que la composición bituminosa

aplicada se compacta para desarrollar una resistencia de soporte de carga a una velocidad mayor que la desarrollada por composiciones de pavimento de mezcla en frío comparables preparadas a temperaturas ambientes que presentan un contenido en betún y una granulometría de árido equivalentes.

24. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18 anteriores, en la que la composición bituminosa aplicada se compacta para presentar un desarrollo de adhesión más rápido que el mostrado por composiciones de pavimento de mezcla en frío preparadas a temperaturas ambientes que presentan un contenido en betún y una granulometría de árido equivalentes.

25. Utilización de la composición bituminosa tal como se prepara mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 anteriores para la producción de bloques de pavimentación.

26. Carretera pavimentada producida mediante la utilización según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 25.