ESTUDIO DEL PROCESO FISICO-QUIMICO DE LA OXIDACION Y SU INCIDENCIA EN EL DAÑO POR HUMEDAD DE ASFALTOS

Abstract

La oxidación del asfalto es un proceso que ocurre en el material debido a la exposición del mismo a factores ambientales. Durante este proceso, el asfalto experimenta transformaciones químicas que tienen repercusiones en sus propiedades químicas y mecánicas. Por tal motivo, la oxidación del asfalto es un tema ampliamente estudiado, sin embargo, no está completamente caracterizado. A nivel de laboratorio se aplican diversas técnicas que buscan simular la oxidación del asfalto. Entre ellas se encuentran los envejecimientos térmicos tales como en el horno de película delgada TFO (del inglés Thin Film Oven), horno de película delgada rotacional RTFO (del inglés Rolling Thin Film Oven) y el recipiente de envejecimiento presurizado PAV (Pressure Aging Vessel). En tales procedimientos el material es sometido a temperaturas por encima de los 100 °C y en el PAV a presiones elevadas, lo que causa un envejecimiento oxidativo en el asfalto. A pesar de ello, este tipo de procedimientos no logra simular por completo la oxidación del ligante, puesto que no considera factores ambientales tales como radiación solar, gradientes térmicos, precipitaciones, entre otros. Por lo tanto, analizar los procesos e implicaciones de la oxidación utilizando asfaltos sometidos únicamente a envejecimiento térmico podría generar información incompleta acerca del material. De este modo, surge la necesidad de implementar un procedimiento de envejecimiento que simule de forma más integral la oxidación. Por esa razón, la presente investigación busca estudiar los cambios tanto químicos como mecánicos que le ocurren al material tras oxidarse bajo condiciones ambientales: las mismas condiciones a las cuales el asfalto es sometido durante su vida de servicio. Esta investigación tiene como objetivo general estudiar el proceso de oxidación del asfalto, tanto natural como acelerado en el laboratorio y evaluarlo bajo distintos métodos de análisis físico-químicos. Para alcanzar el objetivo propuesto, las muestras de ligante asfáltico oxidadas a la intemperie fueron analizadas mediante diversas técnicas que permiten caracterizar desde las transformaciones químicas en el material, hasta cambios en su microestructura, propiedades adhesivas y respuesta mecánica. Entre las técnicas empleadas se encuentran: espectrometría de absorción en el infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), termogravimetría, difracción de rayos X, energía superficial, microscopía de fuerza atómica, fuerza de adherencia del bitumen y reología. Los resultados fueron analizados y comparados con los obtenidos para las muestras de asfalto sometidas a envejecimiento térmico, lo cual permitió reconocer las deficiencias de los procedimientos RTFO y PAV. En un futuro próximo se pretende que el conocimiento generado permita establecer una visión integral del proceso de oxidación del asfalto, así como plantear un método acelerado de envejecimiento en el laboratorio que permita simular de manera más efectiva las transformaciones que le ocurren al material durante su vida útil.

Asphalt oxidation occurs when the binder is subjected to environmental conditions. During this process, physical and chemical transformations take place within the material, which alters its mechanical responses. For this reason, asphalt oxidation has been widely studied, however is not fully understood. In the laboratory the oxidation is simulated by means of thermal aging procedures, such as RTFO (Rolling Thin Film Oven) and PAV (Pressure Aging Vessel). It has been found that these procedures are inefficient in reproducing true oxidation, since they do not consider environmental factors as solar radiation, humidity, among others. Therefore, the need of a more integral aging procedure is highlighted. From this perspective, one of the objectives of this study is to analyze the chemical and mechanical transformations occurring during environmental oxidation, and to compare the results with the accelerated (laboratory) oxidation. To achieve this goal, the samples were analyzed by means of several techniques such as Infrared spectrometry (FTIR), thermogravimetry, X-ray diffraction, goniometry, microstructural analysis, adhesive properties and mechanical responses. The findings from this study aid in obtaining an integral perspective of asphalt oxidation. Additionally, the development of a new and efficient methodology to adequately oxidize the asphalt binders is proposed.