Emulsión bituminosa : fabricación y aplicación

La emulsión bituminosa – es un material de construcción con una gran capacidad adhesiva, que tiene partículas de no más de un micrón.

El color base de la emulsión bituminosa – es marrón, pero el tono puede variar de claro a oscuro y está determinado por el grado de dispersión.

La emulsión bituminosa y su aplicación en el campo de la construcción de carreteras, la impermeabilización de edificios y estructuras, la protección contra la corrosión de las tuberías, requieren el cumplimiento de varias condiciones obligatorias. Esto se debe a la necesidad de utilizar betún a la viscosidad más baja posible, que esta proporcionada por el calentamiento. Pero después de calefacción, existen otras dificultades asociadas con la eficiencia energética general del proceso, lo que reduce la seguridad, contra incendios y aumenta los gastos de mano de obra.

En la industria de la construcción, las más populares son emulsiones que contienen 50-55% de betún. Entre las características importantes del material, es necesario destacar : una viscosidad suficiente, buena conservación y termorresistencia

de 0 a 50 ºС.  Después de la aplicación a la superficie, la sustancia se divide en dos componentes: betún y agua. Al mismo tiempo, la emulsión se vuelve negra. Gracias a las buenas propiedades de aislamiento protector, la emulsión bituminosa puede impartir impermeabilidad a los materiales. Además, la película de betún es resistente a los ácidos y álcalis.

Las emulsiones bituminosas se pueden usar a temperaturas más bajas, que el betún de carreteras. El agua, después de la aplicación a la superficie se evapora, dando como resultado la formación de asfalto sólido.

En la construcción de carreteras, en la práctica, se utiliza betún, que tiene una penetración de 200-300.

Las aplicaciones industriales, requieren un material, que tiene un valor de 40-50.

Al realizar trabajos de techado, se permite mezclar betún con arcilla

   ¿Qué es emulsión bituminosa?

El problema con las reservas de recursos de combustibles y  energéticos se está deteriorando cada año. La humanidad está comenzando gradualmente a recordar las fuentes de energía renovables, pero hasta ahora no son capaces de satisfacer plenamente las necesidades económicas. Por lo tanto, se hace necesario no solo utilizar recursos «gratuitos», sino también salvar los existentes. La industria de la carretera consume mucha energía, ya que miles de carreteras se reparan y ponen en el mundo cada año. Pero con las viejas tecnologías «calientes», una reducción significativa en el consumo de recursos energéticos es casi imposible, por lo que la solución es el uso de materiales de construcción fundamentalmente nuevos, que incluyen emulsiones bituminosas. No requieren calefacción, lo que nos permite hablar de una contribución positiva tanto para resolver el problema energético global, como para ahorrar a nivel de una sola organización de reparación o construcción de carreteras. Entonces, ¿qué es la emulsión bituminosa?

Si decir de una manera simple, la emulsión bituminosa – es una mezcla de betún y agua. Pero estas sustancias no se mezclan en condiciones normales. Por lo tanto, para agregar componentes al agua, se agregan aditivos especiales: emulsionantes, ácidos y álcalis. El agua, mezclada con tales sustancias, se llama «coupage».  De hecho, la emulsión bituminosa es el mismo betún, que se puede usar en la construcción de carreteras, pero sin precalentamiento. De ahí el ahorro de recursos energéticos.

Historia del origen de las emulsiones bituminosas

La emulsión de betún se mencionó por primera vez en el lejano 1890, cuando se emitió una patente, relacionada con este material de construcción. Pero en los próximos 30 años, la emulsión bituminosa no ha recibido la importancia en la práctica.

 

La primacía en el desarrollo de métodos para la fabricación y aplicación de emulsiones – pertenece a los científicos franceses. Fueron ellos, quienes en 1903 usaron petróleo pesado «emulsionados y saponificados» en agua de amoníaco.

 

En 1904, para evitar accidentes, por la culpa de las nubes de polvo, levantadas por los automóviles durante la carrera, se utilizó el «petróleo emulsionado».

También en este año, en el territorio de Francia, recubrimiento de alquitrán, cubría un área de 360,000 m2.     Tecnologías frías

Otro evento importante ocurrió el 9 de mayo de 1922 en Inglaterra.

El químico Alan McKay registró una patente para la emulsión bituminosa, que en unos pocos años cambió la técnica de pavimentación de carreteras.

A partir de 1923 en Francia, las primeras 100 toneladas de material se dispersan con la suficiente rapidez.

El 1924, el volumen de uso alcanzó las 2500 toneladas, y un año después,

6000 toneladas. Al mismo tiempo, la producción de emulsión bituminosa también se desarrolla en otros países: Dinamarca, Alemania, Australia e India.

Junto con Inglaterra, fabricaron alrededor de 150,000 toneladas de material a fines de 1926.

En la década de 1930, en una de las calles de Alemania, se aplicaron un recubrimiento, llamado después como «la capa fina». Este recubrimiento consistió en aditivos triturados de alta calidad, agua y betún.

La empresa “Kemna”, especializada en la producción de emulsiones bituminosas de alta tecnología, ha abierto nuevos mercados en Europa, Asia y África.

La siguiente etapa de desarrollo – fue la aparición en 1951 de emulsiones bituminosas catiónicas. Debido a sus propiedades de explotación, reemplazan rápidamente las emulsiones aniónicas. Ya en 10 años, la proporción de producción es de 50/50, y en 1971 la proporción de emulsiones bituminosas catiónicas, alcanza el 92%.

En 2002, se publicó un libro en Francia que habla de los últimos logros de los científicos en el campo de la producción de emulsiones bituminosas y las posibilidades de regular sus propiedades, así como los métodos para obtener estos materiales.

  Tecnologías frías

En la última década, la emulsión bituminosa ha consolidado significativamente su posición en el mercado de materiales de construcción.

La emulsión bituminosa – es un líquido de color marrón oscuro. Se produce mezclando betún y agua con la adición de emulsionantes. Son necesarios, para que la unión de las partículas de betún no ocurra entre ellos. Hay dos tipos de emulsionantes: catiónico y aniónico. Apropiadamente, también se les llama emulsiones obtenidas de estos aditivos.

Fabricación

Para trituración de betún en la preparación de la emulsión bituminosa, en la mayoría de los casos, se utilizan molinos coloidales – dispositivos que permiten obtener partículas de dimensiones coloidales al pasar la sustancia procesada a través del orificio entre el rotor y el estator.

Algoritmo corto para la fabricación de emulsión bituminosa :

1. Calentamiento de agua (ablandada) a una temperatura de 50 ° C;
2. Mezcla de agua con aditivos recetados;
3. Calentamiento de betún a 150 ° C;
4. Alimentación de betún y solución de emulsionante a un molino coloidal con la ayuda de bombas de dosificación;
5. Dispersión de betún en un molino coloidal y formación de emulsión bituminosa;
6. Alimentación de la emulsión en un tanque de almacenamiento o contenedor.

¿QUÉ DIFERENCIAS ENTRE EMULSIÓN BITUMINOSA Y BETÚN CALIENTE?

La emulsión bituminosa tiene una serie de ventajas, sobre el betún de carretera, que requiere precalentamiento antes del uso.

Entre las más significativas son:

• baja viscosidad, lo que garantiza la facilidad de penetración del material en los poros finos del recubrimiento;
• mayor adherencia;
• la posibilidad de realizar trabajos de construcción y reparación en condiciones de bajas temperaturas y alta humedad;
• Aumentación de la precisión del procesamiento por lotes del aglutinante y distribuyendo en una capa más delgada;
• ahorrando combustible al eliminar el calentamiento de los materiales de piedra;
• reducción de emisiones nocivas en el medio ambiente.

Los constructores estiman que, en promedio, el uso de emulsiones bituminosas ahorrará betún hasta en un 30% y reducirá los gastos de energía en 1,5 veces en comparación con las tecnologías calientes.

Tipos de trabajo con la aplicación de emulsión bituminosa

La emulsión bituminosa se usa ampliamente en los siguientes tipos de trabajo:

• mecanismo de los cubrimientos de la capa fina del tipo «Slarri Sil»;
• tratamiento superficial de carreteras;
• imprimación en la construcción de capas estructurales de superficies de carreteras;
• dispositivo de las capas de los recubrimientos de carretera por el método de la impregnación;
• reparación de baches .

Composición de la emulsión bituminosa

Consideramos la composición de la emulsión bituminosa, porque son sus componentes, los que determinan la calidad y las propiedades de rendimiento del material.

Típicamente, la cantidad de betún en la emulsión es de 30 a 80% en peso. En la mayoría de los casos, se utiliza betún de carreteras viscoso, pero se puede usar betún modificado con polímeros o una mezcla de betún y alquitrán.

• Agua está contenida en la emulsión en una cantidad de 15 -70% en peso. Para usarlo, al preparar emulsiones, debe tener la rigidez necesaria (no exceder 6 meq / l) y no contiene impurezas mecánicas.
• Emulsionante está contenido en la emulsión bituminosa en una pequeña cantidad, de 0,15 a 3% en peso. De hecho, es un tensioactivo catiónico o aniónico.
• Como estabilizador de emulsión, por ejemplo, puede usarse cloruro de calcio (solución acuosa al 30-35%) en una cantidad de 0,05% -0,5% en peso.
• La presencia de ácidos se debe a la necesidad de neutralizar el emulsionante, lo que permite que el tensioactivo se convierta en una forma de sal. Aumentación de la acidez contribuye la aumentación de la estabilidad del material. Pero aquí, como en la mayoría de los casos, el equilibrio es importante. La sobreabundancia de ácido puede reducir la adhesión, lo cual es indeseable. Muy a menudo, el ácido clorhídrico se usa en la preparación de emulsiones bituminosas, sin embargo, otras sustancias también son posibles.
• Disolvente es necesario para aumentar la pegajosidad de la película formada durante la descomposición. Se agrega a la fase acuosa o al bitumen en una cantidad de 0,5 a 3% en peso.
• Diluyentes se introducen para aumentar la penetración al valor requerido. Para resolver este problema, se pueden usar fracciones de aceite y gasóleos de vacío en una cantidad de 5 a 30% en peso.

Probablemente notó, límites bastante amplios, en los que la cantidad de componentes de entrada, puede variar. Esto se debe a la necesidad de ajustar las propiedades de la emulsión bituminosa, dependiendo de las condiciones específicas en las que se llevan a cabo las obras de construcción de carreteras.

  Ventajas de emulsión bituminosa

En comparación con el betún caliente tradicionalmente utilizado, la emulsión permite obtener una serie de ventajas, entre las cuales se encuentran las siguientes:

• adhesión completa a la base, que tiene una carga opuesta a la carga de la emulsión;
• buena difusión sobre la superficie, llenando todos los poros e irregularidades;
• posibilidad de verter la emulsión sobre una superficie humedecida;
• variación en la calidad del material, según el tipo de trabajo realizado;
• reducción de la intensidad energética debido a la ausencia de la necesidad de mantener altas temperaturas;
• seguridad de aplicación.

Emulsiones bituminosas modificadas

Las emulsiones bituminosas modificadas – son una solución relativamente nueva en la construcción de carreteras. Para su producción, se usan elastómeros termoplásticos del tipo SBS.

Hasta la fecha, tres métodos de producción de emulsiones bituminosas modificadas pueden considerarse suficientemente desarrollados: uso de betún modificado, mezcla de la solución emulsionante con látex antes de alimentarlo con el dispersante y mezclar la emulsión terminada con látex.

En la literatura hay datos según los cuales el uso de emulsiones de carreteras modificadas en la construcción de superficies de carreteras, prolonga la vida útil de las carreteras en 2 o 3 veces.

Tratamiento superficial

Cuando se trata la superficie, el aglutinante se rocía sobre la superficie de la carretera con un rociador. Luego, de inmediato, el esparcidor de los escombros llena el relleno e inmediatamente rueda la superficie.

El tratamiento superficial se realiza aplicando una o más capas (2 o incluso 3). La superficie de la carretera se aplica al sótano granular o a las carreteras existentes de muchos tipos, y esto se conoce como tratamiento superficial no costoso de caminos rurales, y para crear un revestimiento resistente al desgaste en carreteras con una intensidad de tráfico relativamente alta. Cabe señalar la importancia de una base sólida o tela, debajo de la superficie de la carretera.

Para el tratamiento superficial, betún, barniz asfáltico o emulsión bituminosa, se utilizan como aglutinantes.

Las emulsiones bituminosas en comparación con el barniz de asfalto y el betún tienen las siguientes ventajas:

1. Puede usar un relleno húmedo.
2. No hay necesidad de alta temperatura. Se excluye el riesgo de incendio asociado con el uso de barniz asfáltico.
3. Un tiempo de endurecimiento adecuado, independiente de la evaporación de disolventes, como en el barniz de asfalto.
4. Una emulsión catiónica bien formulada proporciona una película en la carretera que no se escapa.
5. El relleno se distribuye sin demora, y la acción de los rodillos acelera la destrucción de la emulsión durante el proceso de absorción del agregado de los iones emulsionantes.
6. La emulsión está diseñada para proporcionar una buena adhesión durante un período de fractura de menos de 30 minutos.
7. El camino se puede abrir después, para un tráfico lento.
8. El contenido de betún en las emulsiones utilizadas, es típicamente 6570%, y tienen una estabilidad de almacenamiento limitada y tiempos de falla cortos.

Características técnicas de emulsiones bituminosas

Uno de los principales factores que determinan las propiedades técnicas de las emulsiones bituminosas es el signo y la magnitud de la carga de partículas de betún. Es, así como la intensidad de la actividad superficial del emulsionante, lo que determina el comportamiento de la emulsión de betún cuando está en contacto con diversos materiales de construcción. En el caso de trabajar con piedra caliza y dolomita, es aconsejable utilizar emulsiones aniónicas, y cuando se trabaja con granito o cuarzo, se utilizan emulsiones catiónicas. Si en la etapa de elección de la emulsión todo se hizo correctamente, entonces su descomposición se produce con relativa rapidez, lo que se debe a la interacción química de la superficie del material mineral y las partículas de betún.

La descomposición de la emulsión bituminosa depende de la evaporación del agua y de la adsorción de la humedad por el agregado. A baja temperatura y alta humedad, el proceso de descomposición de la emulsión bituminosa aniónica se ralentizará, empeorando la calidad de las obras viales. E incluso si el proceso de estratificación de la emulsión aniónica no parece extraño, el recubrimiento bituminoso aún conserva la sensibilidad a la humedad.

La descomposición de las emulsiones bituminosas catiónicas tiene un mecanismo algo diferente, no asociado con la evaporación del agua. En este sentido, también se pueden usar junto con la mayoría de los materiales de carreteras modernos.

Las emulsiones bituminosas catiónicas, también se usan en el caso de alta humedad y bajas temperaturas (no menos de 5 ° C).

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GlobeCore ofrece instalaciones de tipo UVB-1, con la que es posible obtener absolutamente cualquier tipo de emulsión bituminosa, que cumpla completamente con los estándares de calidad del mundo.

A pedido del cliente, los modelos estándar se pueden equipar con bloques adicionales, que permiten una introducción más amplia de las tecnologías de emulsión en la construcción civil y de carreteras.

Hasta la fecha, los expertos han observado que las emulsiones de agua y betún tienen una gran perspectiva :

• mecanismo de las capas finas del desgaste, con el objetivo de la eliminación de las grietas, el enrarecimiento y el mejoramiento de las cualidades conjuntivas de los superficies de carretera ;
• regeneración en frío ;
• producción de mezclas frías de emulsiones  minerales, destinadas a la construcción de capas estructurales de superficie de carreteras ;
• mejorar la calidad del tratamiento superficial y la imprimación del revestimiento .