Evaluación del envejecimiento a corto plazo generado en un asfalto colombiano modificado con polímero SBS durante el proceso de producción de la mezcla asfáltica en laboratorio
Cargando...
Autores
Director
Tipo de contenido
Editor
Document language:
Español
Fecha
Título de la revista
ISSN de la revista
Título del volumen
Documentos PDF
Resumen
En este trabajo final de maestría se evaluaron los cambios físicos y fisicoquímicos que experimenta un asfalto base y asfalto modificado con polímero estireno-butadieno-estireno (SBS) en diferentes dosificaciones como consecuencia del envejecimiento a corto plazo (ECP). A partir del estudio de algunas de sus propiedades físicas y fisicoquímicas, se establecieron índices de envejecimiento orientados a cuantificar el efecto del ECP sobre el material. La investigación se realizó a partir a partir de modelos convencionales en laboratorio.
Para el desarrollo experimental se seleccionó un asfalto 60-70 proveniente del Complejo Industrial de Barrancabermeja (CIB), así como agregados pétreos suministrados por la Compañía de Trabajos Urbanos (CTU), que certificó el cumplimiento de los requisitos para su uso en obra. El polímero fue suministrado por una empresa nacional (MPI) que provee al público asfaltos modificados, con el propósito de asegurar que el modificador empleado correspondiera a un insumo de uso habitual en la industria.
En una primera etapa se determinaron algunas propiedades físicas y fisicoquímicas del asfalto base, que sirvieron como punto de referencia para el resto de la experimentación. Posteriormente, se optimizó el proceso de preparación del asfalto modificado y con apoyo de la metodología de las superficies de respuesta (MSR), se evaluaron algunas propiedades físicas del asfalto modificado en condición fresca y envejecida en laboratorio, variando el contenido de polímero (2.5%SBS, 5.0%SBS y 7.5%SBS) y la temperatura de fabricación (160°C, 175°C, 190°C). Se estableció que la condición óptima es 5.0%SBS preparado a 175°C.
Una vez definidas las condiciones óptimas del asfalto modificado, se seleccionó una formulación representativa para cada nivel de dosificación y, en conjunto con los agregados pétreos, se aplicó nuevamente la metodología de las superficies de respuesta para comparar el diseño Marshall convencional con el enfoque basado en superficies de respuesta. Esta comparación permitió concluir que la MSR aporta una caracterización más integral para el estudio y análisis de mezclas asfálticas con asfaltos modificados. Se definió que la combinación óptima mediante esta metodología corresponde a 5,9% de SBS preparado a 175°C y 6,33% de asfalto en mezcla.
Finalmente, el estudio de las propiedades fisicoquímicas se determinó mediante variación de índices por FTIR-ATR (Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy). El ECP se manifestó en el asfalto mediante cambios por endurecimiento físico y variaciones en la composición química. En términos generales, la tendencia de envejecimiento se evidenció en los índices estructurales asociados a la oxidación principalmente en aquellos donde se encuentras los grupos funcionales carbonilo, epóxido y sulfóxidos. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
This academic research focused on the physical and physicochemical changes experienced by a base asphalt and a styrene-butadiene-styrene (SBS) polymer-modified asphalt at different dosages, as a consequence of short-term aging (STA), were evaluated. Based on the study of several physical and physicochemical properties, aging indices were established in order to quantify the effect of STA on the material. The research was conducted using conventional laboratory models.
For the experimental program, a 60/70 penetration-grade asphalt supplied by Centro Industrial de Barrancabermeja (CIB) was selected, along with mineral aggregates provided by Compañia de Trabajos Urbanos (CTU), which certified compliance with the requirements for field use. The polymer was supplied by a national company (MPI) that provides modified asphalts to the public, with the purpose of ensuring that the modifier used in this study corresponds to an input commonly employed in the industry.
In the first stage, selected physical and physicochemical properties of the base asphalt were determined, serving as a reference for the rest of the experimentation. Subsequently, the preparation process of the modified asphalt was optimized and, supported by response surface methodology (RSM), selected physical properties of the modified asphalt were evaluated in fresh condition and after laboratory aging by varying the polymer content (2.5%SBS, 5.0%SBS, and 7.5%SBS) and the production temperature (160°C, 175°C, and 190°C). It was established that the optimal condition is 5.0% SBS prepared at 175°C.
Once the optimal conditions for the modified asphalt were defined, a representative formulation for each dosage level was selected and, together with the mineral aggregates, response surface methodology was applied again to compare the conventional Marshall mix design with the RSM-based approach. This comparison led to the conclusion that RSM provides a more comprehensive characterization for the study and analysis of asphalt mixtures containing modified binders. Under this methodology, the optimal combination was defined as 5.9% SBS prepared at 175°C and 6.33% asphalt binder content in the mixture.
Finally, the physicochemical properties were assessed through the variation of FTIR-ATR (Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy) indices. STA manifested in the asphalt through physical hardening and changes in chemical composition. Overall, the aging trend was reflected in structural indices associated with oxidation, mainly those related to the presence of carbonyl, epoxide, and sulfoxide functional groups.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, tablas