Influence of four non-conventional additives on the physical, rheological and thermal properties of an asphalt

Influencia de cuatro aditivos no convencionales en las propiedades físicas, reológicas y térmicas de un asfalto

El presente artículo presenta los resultados de un estudio ejecutado para evaluar la influencia de dos desechos poliméricos (grano de caucho reciclado de llanta - GCR y polietileno de baja densidad - PEBD), un bitumen natural (Gilsonita) y un componente químico (Husil) sobre las propiedades físicas, reológicas y térmicas de un cemento asfaltico 60/70. Para tal fin, fueron ejecutados sobre el asfalto de control y los modificados, ensayos de penetración, punto de ablandamiento, ductilidad, punto de ignición, reología (empleando un reómetro dinámico de corte - DSR), Creep repetitivo Multi-Esfuerzo (MSCR), Barrido de amplitud lineal (LAS), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis termogravimetrico (TGA). Como conclusión general se reporta, que los cuatro aditivos aumentan la rigidez y la resistencia a las deformaciones permanentes del asfalto convencional. Asimismo, se reporta un aumento en la resistencia a fatiga del asfalto cuando éste es modificado con GCR, G y Husil. Los aditivos confieren estabilidad térmica al asfalto, proporcionándole menor pérdida de masa (asociada principalmente a una menor oxidación) y transiciones vítreas más favorables.

Introducción

Motivación y objetivo

En Colombia, según el Instituto Nacional de Vías (INVIAS, 2016) más del 43% y el 90% de las vías con y sin pavimento respectivamente, se encuentran regulares y en mal estado. Adicionalmente, la tendencia de los vehículos en circulación en los últimos 40 años ha sido creciente tanto en magnitud como en cargas. La tasa de crecimiento anual de la movilización de productos del sector agrícola, manufacturero, minero y ganadero es de 5.47%, 14.82%, 19.11% y 4.88%, respectivamente (MINTRANSPORTE, 2008). Estos datos generan la necesidad de construcción de carreteras con materiales resistentes y duraderos para el tránsito de cargas y efectos climáticos. La tecnología de los asfaltos modificados ha sido una técnica estudiada y utilizada en el mundo como un intento de modificar las propiedades físicas y químicas de las mezclas asfálticas cuando son sometidas a diferentes cargas y condiciones ambientales. Existen diferentes tipos de aditivos para asfaltos modificados en el mundo (caucho, resinas, polímeros, nanopartículas y otros) (Fang et al., 2016; Ashish & Singh, 2018; Cai et al., 2018; Xiao et al., 2018). Especialmente, es necesario conocer las propiedades físicas, reológicas y térmicas del betún, ya que estas propiedades afectan al rendimiento de la mezcla asfáltica y ayudan a entender la respuesta elástica y viscosa de estos materiales cuando se someten a esfuerzos de cizallamiento cíclicos (Peiliang et al., 2010; Said et al., 2013; Castro et al., 2016; Ashish y Singh, 2018). El betún utilizado en este estudio fue cemento asfáltico (CA) puro 60/70 y fue modificado con cuatro aditivos no convencionales.