Sistema de calentamiento y aplicación de mezclas asfálticas y másticos bituminosos mediante radiación por microondas.

Procedimiento para el calentamiento de composiciones a base de áridos y ligantes bituminosos o sintéticos (mezclas bituminosas,

másticos, mezclas con ligante sintético) de forma rápida y eficiente mediante el uso de radiación microondas gracias a la adición de polvo mineral activo en las formulaciones de dichas composiciones.

El procedimiento dirige de forma selectiva la energía de calentamiento al mástico de las composiciones, transfiriendo calor al ligante que rodea al polvo mineral activo y aportando la fluidez necesaria a las composiciones para que puedan ser aplicadas en las obras.

El procedimiento es de aplicación en la reparación, mantenimiento y fabricación de pavimentos.

Sistema de calentamiento y aplicación de mezclas asfálticas y másticos bituminosos mediante radiación microondas.

2. CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La fabricación de mezclas bituminosas (a lo largo del documento se emplearán los términos bituminoso y asfáltico como sinónimos) es un proceso industrial altamente estandarizado que ha permitido un gran salto de calidad en las características de los pavimentos de las carreteras.

Una mezcla asfáltica típica se compone, de forma aproximada, de un 95% de áridos con granulometría seleccionada y un 5% de betún (también citado de forma genérica como ligante bituminoso). La función de este último es bastante compleja, ya que es el responsable de la mayor parte de las características mecánicas de las mezclas bituminosas. Así, aporta impermeabilidad a las mezclas, además de resistencia a ios esfuerzos de tracción y cizalla.

Dependiendo del estado físico en el que se presente el betún (espuma, emulsión o sólido) la tecnología de fabricación de las mezclas bituminosas varía. La más extendida es la fabricación de mezclas bituminosas en caliente (MBC), en las que los áridos y el betún se calientan a temperaturas cercanas a 160°C.

El grado de calentamiento exigido a la mezcla asfáltica para conseguir la facilidad de manejo en las obras es una función directa de las características Teológicas del betún empleado en la fabricación de las mezclas asfálticas. De forma somera se pueden distinguir dos familias de betunes: los convencionales (conocidos en la terminología inglesa como paving bitumen y cuyas propiedades se detallan en las normas UNE EN12595 y UNE EN 13924) y los betunes modificados con polímeros (UNE EN 14023). La propiedad más característica de los mismos que se correlaciona con la temperatura a la que se han de calentar es el denominado "punto de reblandecimiento Ay B".

Existen materiales alternativos al betún basados en mezclas de polímeros y otros aditivos que proporcionan propiedades mecánicas similares a las del betún, que se denominan ligantes sintéticos. Su introducción en el mercado se debe a que carecen del característico color negro del betún, lo que hace que las mezclas asfálticas fabricados con ellos muestren diversas tonalidades de color que las hacen atractivas desde un punto de vista de diseño arquitectónico. Desde el punto de vista de esta

invención, todos los comentarios aplicables al betún lo son a los citados ligantes sintéticos.

Las razones por las que se calientan los áridos y el betún son varias:

La más importante, el betún a temperatura ambiente es sólido por lo que no puede mezclarse adecuadamente con los áridos. Tan solo si se calienta y pasa a estado fluido tiene una viscosidad lo suficientemente baja como para recubrir los áridos superficialmente.

Paralelamente, la mezcla de betún en estado fluido, causado por la temperatura, y los áridos tiene un comportamiento viscoso mientras que la temperatura del betún es lo bastante alta. Cuando el betún se enfría la mezcla se vuelve rígida, permitiendo soportar el paso de los vehículos sin deformarse.

En ios procesos industriales de fabricación de mezclas bituminosas, tanto el betún como los áridos se calientan y se mezclan conjuntamente. La mezcla así obtenida (aproximadamente a 160°C) se transporta hasta el lugar de construcción del pavimento, donde por medio de una extendedora se aplica una capa uniforme de mezcla bituminosa que posteriormente es compactada.

Los procesos de extensión y compactación están claramente limitados por la temperatura de la mezcla bituminosa. Una vez que esta se enfría por debajo de 100- 120°C, su extensión y compactación son deficientes.

Aunque no existe un tiempo fijo, debido a multitud de factores que influyen como la temperatura ambiente, el viento, tipo de mezcla etc., unos 90 minutos desde el momento de la fabricación suele ser un tiempo razonable para que la mezcla permanezca a una temperatura aceptable para su extensión. Al explicar detalles de la invención veremos más en detalle la importancia del tiempo de enfriamiento de la mezcla.

Una mezcla bituminosa recién extendida (es decir, tras el paso por la extendedora) tiene una densidad cercana al 90% de la que se alcanzará una vez haya sido compactada.

Las mezclas bituminosas deben contener un porcentaje de huecos controlado (típicamente un 4%). Cuanto más se consiga densificar la mezcla, conservando el porcentaje de huecos de diseño, mejores son sus propiedades mecánicas. De ahí la importancia de la temperatura de la mezcla como factor facilitador del proceso de compactación, es decir, densificación.

Otra consideración adicional, y de la máxima importancia, es entender cómo funciona una mezcla bituminosa desde un punto de vista reológico. Ya hemos dicho que el betún es un fluido a alta temperatura que se acerca a características de fluido newtoniano. Sin embargo, si lo consideramos en todo el rango de temperaturas se trata de un material viscoelástico, ya que a temperatura ambiente su comportamiento se acerca más al de un sólido elástico.

Aunque al citar la composición de una mezcla asfáltica, se ha simplificado agrupando el conjunto de los áridos bajo una misma etiqueta. En la mezcla asfáltica encontramos un conjunto de partículas de áridos de tamaños variados, desde unos 25 mm en las mezclas más gruesas, hasta llegar al polvo mineral que tiene tamaños de partícula entre 5 y 80 pm.

Es sobre esta parte de los áridos sobre la que vamos a centrar la atención. El polvo mineral, durante el proceso de mezclado, forma junto con el betún un material de características especiales, el denominado mástico. Cabe decir que el término mástico tiene dos acepciones, que aunque relacionadas, se refieren a dos productos distintos. El mástico de una mezcla bituminosa es la mezcla física de betún y polvo mineral que tenga un tamaño reducido (típicamente inferior a 63 mieras). El mástico de las mezclas bituminosas tiene existencia física pero no se puede separar del conjunto de áridos de mayor tamaño que componen la mezcla asfáltica. Por otro lado, también se denominan másticos bituminosos o masillas bituminosas a ciertos productos que están compuestos únicamente de betún y polvo mineral, sin áridos de superior tamaño, y que se emplean para rellenar grietas en los pavimentos.

Los áridos de tamaños superiores recubiertos de betún no alteran la reología de este último. Sin embargo el polvo mineral altera profundamente la reología del betún, rigidizándolo. Es el mástico el encargado de rellenar los huecos que dejan las partículas más gruesas de árido, pero es también el responsable de aportar propiedades de tracción a la mezcla manteniendo férreamente unidas las partículas gruesas de árido.

Para hacernos un idea del grado de modificación que aporta el polvo mineral (que en la literatura anglosajona se denomina filler) un betún 35/50 con una viscosidad de 0,3 Pa.s a una temperatura de 150°C pasa a tener una viscosidad de 1,35 Pa.s al mezclarlo con polvo mineral en una proporción ponderal filler/betún de 1,1 (una de las más habituales en la fabricación de mezclas bituminosas) (Loma et al.2009, "Influencia de las características del betún y los másticos en la determinación de las temperaturas de fabricación y trabajo de las mezclas bituminosas".)

Se ha citado anteriormente, que una de las razones por las que el betún y los áridos se calientan es para conseguir que el betún (y más propiamente dicho el mástico) tenga unas características de fluidez adecuadas como para que el conjunto de la mezcla bituminosa pueda ser extendida y compactada.

La razón por la que las mezclas bituminosas se calientan durante el proceso de fabricación hasta 160°C es simplemente para mantener la viscosidad del mástico lo bastante baja durante el tiempo que dura la fabricación de la mezcla, el proceso de transporte, extensión y compactación.

De hecho, han surgido nuevas tecnologías que permiten reducir la temperatura de fabricación, y por tanto de extensión, gracias a modificaciones en la reología del mástico. Sin embargo, incluso todos estos nuevos procesos calientan tanto los áridos como el betún.

Hasta el momento hemos partido del hecho que el conjunto de la mezcla debe tener una temperatura más o menos uniforme para conseguir que el mástico permanezca fluido y la mezcla sea, por lo tanto, compactadle (criterio de trabajabilidad).

El proceso descrito en esta invención invierte el proceso de fabricación. Por qué calentar el conjunto de la mezcla bituminosa si lo único que debe permanecer fluido es el mástico bituminoso? En este caso, una vez el mástico estuviese a una temperatura adecuada,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para aportar fluidez a las mezclas asfálticas, másticos bituminosos o conglomerados con ligantes sintéticos mediante el calentamiento selectivo del polvo mineral y del ligante que lo recubre por medio de radiación microondas.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el polvo mineral (filler), constitutivos de una mezcla asfáltica, mástico, material para junta o mezcla a base de ligante sintético se sustituye total o parcialmente por un material en forma de polvo y que sea activo a la radiación microondas.

3. Procedimiento, según las reivindicaciones 1 y 2, en el que el material pulverulento que sustituye al polvo mineral o filler que componen la mezcla asfáltica, mástico, material para junta o mezcla a base de ligante sintético, es una material muy activo a la radiación microondas. Los materiales activos utilizados se seleccionan entre alguno de los siguientes: Fe304 (en sus diversas variedades como mineral o de síntesis), ferrita, alúmina, Carbono activo, carburo de silicio, compuestos minerales con agua de hidratación y/o cristalización etc, o combinaciones de los mismos.

4. Procedimiento según la reivindicaciones 1 y 2 en las que el ligante, en el que se encuentra ocluido el material pulverulento activo a la radiación microondas, se selecciona entre alguna de las siguientes familias de materiales: betunes de penetración, betunes modificados con polímeros, betunes modificados con polvo de neumáticos fuera de uso, oxiasfaltos, betunes soplados y en general, ligantes en los que ía base principal de su composición sea betún o algún derivado de éste.

5. Procedimiento, según las reivindicaciones 1 y 2, en las que el ligante en el que se encuentra ocluido el material activo a la radición microondas pertenece a la familia de los denominados "ligantes sintéticos", es decir combinaciones de diversas resinas que tienen un comportamiento reológico similar a los betunes o a los betunes modificados con polímeros pero cuyo color no es negro.

6. Uso del procedimiento, según las reivindicaciones 1 y 2, que permite recalentar mezclas asfálticas correspondientes a los tipos AC, BBTM, PA, SMA, que contengan polvo mineral activo a la radicación microondas para la reparación y mantenimiento de pavimentos.

7. Uso del procedimiento, según las reivindicaciones 1 y 2, que permite recalentar másticos bituminosos y masillas asfálticas para juntas que contengan polvo mineral activo a la radiación microondas para la reparación y mantenimiento de pavimentos.

8. Uso del procedimiento, según la reivindicación 6, que permite calentar las mezclas asfálticas en cantidades adecuadas para llevar a cabo reparaciones de pavimentos por medio de hornos microondas situados en el lugar de la reparación del pavimento.

9. Uso del procedimiento, según la reivindicación 7, que permite calentar másticos

bituminosos y masillas asfálticas para juntas en cantidades adecuadas para llevar a cabo reparaciones de pavimentos por medio de hornos microondas situados en el lugar de la reparación del pavimento.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

ESPAÑA

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

N.° solicitud:

Fecha de presentación de la solicitud: 28.11.2012 Fecha de prioridad:

© lnt.CI.: E01C7/18 (2006.01)

C08L95/00 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría de los documentos citados

X: de particular relevancia O: referido a divulgación no escrita

Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación

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A: refleja el estado de la técnica E: documento anterior, pero publicado después de la fecha

de presentación de la solicitud