Modificación del betún con materiales poliméricos, como una forma de crear innovadores aglomerantes viales

Numerosos estudios de científicos extranjeros y nacionales han demostrado que la modificación del betún con aditivos poliméricos da como resultado un ligante polímero-betún que, cuando la estructura interna se deforma, comienza a funcionar como un material con algún refuerzo interno. En general, los modificadores poliméricos son aditivos estructurantes, que se distribuyen en un medio disperso o crean su propia malla estructural en betún. La carcasa polimérica proporciona, por un lado, resistencia, falta de fluidez con el aumento de la temperatura y, por otro lado, propiedades deformantes con la reducción de la temperatura, expandiendo el rango de capacidad operacional de los materiales bituminosos. La mezcla(compound) del betún con modificadores de polímeros es una de las formas prometedoras e innovadoras para producir materiales bituminosos de alta calidad utilizados en diversas áreas de la construcción.

La experiencia muestra que las sustancias de betún poliméricas son las más demandadas. Los ligantes bituminosos poliméricos son productos esencialmente exclusivos que están hechos para un cliente específico, mucho más caros que el betún tradicional, pero más efectivos. Son más resistentes a las temperaturas extremas, no están sujetos a la formación de depósitos y se caracterizan por una mejor adhesión de las partículas. Con la selección correcta de ligantes bituminosos poliméricos, el recubrimiento en su base se puede utilizar hasta por 20 años.

La historia mundial de la fabricación de ligantes bituminosos poliméricos comenzó en los años 60 del siglo XX. Los polímeros son muy efectivos para aplicarse a la regulación de la estructura de dispersión espacial de los ligantes bituminosos. Los polímeros utilizados como aditivos para betún pertenecen a la clase de compuestos orgánicos u organometálicos y pueden asignarse a uno de cuatro grupos: polímeros similares a caucho y elastómeros termoplásticos (elastómeros), plásticos termoestables, plásticos termoplásticos (termoplásticos). Los aditivos modificadores más utilizados para asfalto en la construcción de carreteras son los elastómeros y los termoplásticos. Característica de los termoplásticos: la capacidad de moverse de manera reversible cuando se calienta en un estado altamente elástico o viscoso.

Los polímeros deben estar sujetos a ciertos requisitos, que determinan la efectividad de su uso para la modificación del betún. Por lo tanto, las macromoléculas de polímero deben tener una tendencia a la asociación y la capacidad de inmovilizar el mayor volumen posible del medio de dispersión. Además, el polímero debe estar distribuido de manera rápida y bien en el medio de dispersión del betún sin destrucción, formando en el betún(bitumen) una malla estructural tal que mantiene su resistencia a alta y elasticidad a bajas temperaturas.

Cuando se modifica el betún con polímeros a una alta concentración (aproximadamente 12% en peso), se produce una inversión (inversión de fase) y el polímero de la carga se convierte en el material de relleno (matriz), y el betún se convierte en el material de relleno. El sistema de betún-polímero se asemeja a las propiedades de un polímero, ya que el alargamiento a la rotura aumenta cientos de veces, el alargamiento residual disminuye bruscamente, mejoran las propiedades de fatiga, etc.

Se cree que una condición necesaria para obtener un ligante polímero-betún es la capacidad del polímero para disolverse o hincharse en un medio de dispersión de betún. Sobre esta base, los métodos de combinación de los componentes se basan en dispersar el polímero en el betún a una temperatura elevada, o en disolver el polímero en un disolvente y luego combinar la solución con el betún.

El análisis de los métodos conocidos para la preparación de betún modificado con polímeros muestra que todos ellos proporcionan una temperatura de proceso elevada (150-200 ° C) y una mezcla intensiva de los componentes. La temperatura de descomposición de la mayoría de los polímeros (polietileno, polipropileno, cauchos de etileno-propileno, elastómeros termoplásticos, etc.) utilizados para modificar las propiedades del betún supera significativamente la temperatura de combinación con el betún. Por lo tanto, las reacciones de destrucción termomecánica de polímeros en la masa del betún prácticamente no ocurren. Cabe señalar que la estructura de los betunes modificados con polímeros a la temperatura del proceso, como regla general, se mantiene incluso después del enfriamiento. Esto se debe a un fuerte aumento de la viscosidad con la disminución de la temperatura, lo que evita la deslaminación del sistema disperso. A temperatura ambiente y bajo condiciones reales de operación, los ligantes polímero-betún son, por regla general, sistemas micro o macro-inhomógenos, es decir, son materiales compuestos. De la variedad de tipos de polímeros, sólo dos tienen un éxito comercial significativo en el mercado de modificadores poliméricos bituminosos de petróleo. Estas son las poliolefinas termoplásticas y los cauchos elastómeros termoplásticos. Del primer grupo, estos son polipropileno atáctico (APP), un subproducto de la producción de polipropileno isotáctico. El segundo tipo de polímeros está representado casi exclusivamente por copolímeros de bloques de estireno-butadieno-estireno (SBS).