Modificación del betún por polímeros

La modificación del betún es uno de los componentes del proceso complejo para la producción de materiales en la construcción y reparación de carreteras, así como en el techado de edificios. Por lo tanto, vale la pena considerar este tema con más detalle.

¿Qué es betún? Ámbito de aplicación

El betún es una sustancia negra basada en hidrocarburos de alto peso molecular y sus derivados, que se caracteriza por la insolubilidad del agua. Permanece en un estado sólido o resinoso.

El origen del betún puede ser natural y artificial. En el primer caso, el material se forma como resultado de procesos naturales de polimerización oxidativa de aceite. Y en el segundo, se utilizan procesos modernos de procesamiento de «oro negro».

El uso del betún natural es conocido por los asirios y babilonios incluso en el año 3000 a. El betún artificial se obtuvo por primera vez en 1898 a partir de residuos de hidrocarburos, calentados a una temperatura de 300-320 ºС y oxidados por aire.

Hoy en día, la industria básica para la aplicación de betún de petróleo es la construcción industrial y de carreteras (reparación de carreteras y aeródromos, techado, aislamiento de tuberías, obtención de materiales de pintura).

Por qué las propiedades del betún requieren mejora

En la industria de carreteras, el betún es necesario para unir materiales minerales, a partir de los cuales se forman las superficies de las carreteras (arena, grava, etc.), mejoran las propiedades hidrofóbicas y llenan los vacíos. Pero en el proceso de explotación, el betún se ve afectado por una serie de factores negativos: cambios de temperatura, radiación solar, oxígeno en el aire, cargas causadas por el intenso tráfico de vehículos. Como resultado, las superficies de las carreteras pierden prematuramente la integridad debido a la destrucción del betún.

Betún, como material de construcción:

• es sensible a los cambios en la temperatura ambiente. En el calor está muy suavizado, y en el frío se vuelve frágil;
• tiene baja elasticidad y características mecánicas insuficientes;
• está sujeto al envejecimiento.

Métodos para mejorar las propiedades del betún

Las propiedades de cualquier sustancia, incluido el betún de carretera, se pueden mejorar de dos maneras diferentes: un cambio en la tecnología de producción o un efecto específico en el producto terminado. El primer enfoque requiere la reestructuración de todo el sistema para la obtención de materiales, desde la preparación de la materia prima hasta el tipo de equipo utilizado. Hacer esto al mismo tiempo y con costos financieros mínimos es imposible. Por lo tanto, se da preferencia al segundo enfoque, que se realiza modificando el betún.

Modificación del betún – origen y ámbito de la aplicación

Por primera vez la tecnología de modificación del betún se probaron en los años 30 del siglo pasado en varios países de Europa occidental. Se abren pequeñas secciones de carreteras, cuando se usa cubierta de concreto asfáltico, se usó betún modificado. El primer modificador fue el caucho natural.

En el futuro, la investigación práctica en esta área tiene como objetivo encontrar nuevos modificadores. Veinte años más tarde, en Canadá y Estados Unidos, se comenzaron a utilizar látex de neopreno para este fin, que era una emulsión a base de caucho sintético y agua.  Incluso entonces, hubo un efecto positivo de la modificación del betún en la resistencia a la fatiga de las superficies de las carreteras en condiciones de intenso tráfico de vehículos.

El interés en el uso del nuevo material solo aumentó, como resultado de lo cual el área de aplicación del betún modificado se expandió sustancialmente. Desde la década de 1970, se ha utilizado no solo para la preparación de hormigón asfáltico, sino también para el dispositivo de tratamientos superficiales.

Ventajas del betún modificado

La modificación del betún permite obtener material de construcción que:

• está en buen contacto con los materiales minerales;
• tiene buena flexibilidad y elasticidad a baja temperatura, y tampoco es propenso a la fluidez a altas temperaturas;
• elimina rápidamente las tensiones que aparecen en las capas de la superficie de la carretera al mover vehículos;
• resistente a las cargas de fatiga que ocurren durante los cambios de temperatura cíclicos;
• resistente a las heladas y con intervalo de temperatura de operación prolongado;
• tiene mayor dureza y resistencia mecánica.

Tipos de modificadores para betún

Consideramos las sustancias más comunes que se usan en la modificación del betún.

Polímeros termoplásticos

Una propiedad importante de los polímeros termoplásticos es la capacidad de ablandarse repetidas veces al aumentar la temperatura y solidificarse cuando disminuye. Tales fenómenos pueden explicarse por las peculiaridades de la estructura de las moléculas, que tiene un carácter lineal. El calentamiento debilita el enlace entre las moléculas, como resultado de lo cual se desplazan entre sí. El polímero se ablanda y se vuelve líquido. Entre los polímeros termoplásticos, polietileno, polipropileno, polipropileno atáctico, cloruro de polivinilo, poliestireno, viscoplástico y termoplásticos están implicados en los procesos de modificación del betún.

Cauchos y polímeros elásticos

La principal diferencia entre los cauchos y los polímeros elásticos (elastómeros) es la posibilidad de alargamiento hasta 10 veces con una carga de tracción aplicada y volver al estado inicial cuando se elimina. Esta característica también se puede explicar por la estructura de la materia. Las macromoléculas de caucho están enrolladas, lo que hace que la interacción entre ellas sea menor que la de los enlaces intramoleculares. También las macromoléculas están conectadas en algunos lugares.

De esta clase de modificadores, se usan polímeros de butadieno-estireno, policloropreno y etileno-propileno, así como caucho de butilo, para mejorar las propiedades del betún.

Elastómeros termoplásticos

Los copolímeros de butadieno y estireno pertenecen a esta clase de sustancias para la modificación del betún, cuya producción está establecida en muchos países industrializados. Los modificadores de esta clase están disponibles en forma de gránulos y polvos.

Hay tres tipos de elastómeros termoplásticos: polímeros de estireno-butadieno-estireno (SBS), polímeros de estireno-isopreno-estireno (SIS) y polímeros de estireno-etileno / butileno-estireno (SEBS).

Los polímeros SBS se utilizan en la modificación de betunes de carreteras y techos, los polímeros SIS se utilizan como masillas para el procesamiento de juntas y grietas y los polímeros SEBS se utilizan para mejorar las propiedades del betún al que se adelanta el requisito de mayor resistencia a factores atmosféricos desfavorables.

El uso de aditivos poliméricos tales como SBS para la modificación del betún proporciona:

• alta estabilidad de deformación del hormigón asfáltico a diversas temperaturas ambiente;
• durabilidad de las superficies de las carreteras, independientemente del tipo de clima y las cargas de tráfico.

Equipo para modificación del betún

La calidad de los revestimientos de carreteras y techos depende no solo de los componentes originales, sino también de la tecnología de modificación del betún. Se realiza en equipo especial. La compañía GlobeCore para esta tarea produce las instalaciones del tipo USB-3 con una productividad de 6 a 22 m3 / h.

Instalación para modificación del betún tipo USB-3 con la productividad de 4-7 m3 / h

En el proceso de modificación del betún, el papel principal pertenece a un molino coloidal, que no solo realiza la mezcla preliminar de betún y polímero, sino también la homogeneización. Debido al diseño especialmente desarrollado para la modificación del betún, el molino coloidal realiza una función más: trituración de componentes. Esto optimiza el diseño de la instalación al eliminar nodos adicionales.

La trituración y la homogeneización se realizan en una pasada, y la finura de la  trituración se regula cambiando la separación entre el rotor del estator.

Las instalaciones USB-3 son muy prácticas en su uso, ya que realizan cualquier esquema de modificación, y también trabajan con todos los aditivos de polímeros conocidos y sus formas de liberación.

Además de las instalaciones para la modificación de betún industrial, GlobeCore también produce equipos de laboratorio que operan con éxito en institutos de investigación científica y laboratorios científicos. Las organizaciones de construcción de carreteras utilizan instalaciones de laboratorio para la modificación del betún con el fin de obtener muestras para futuras pruebas.