ESTUDIO DEL PROCESO FISICO-QUIMICO DE LA OXIDACIÓN 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 razón, 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 oc 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/a oxidación. Por esa razón, en la presente investigación se 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 is a process that occurs in the material due to its exposure to environmental factors. During this process, the asphalt undergoes chemical transformations that have repercussions on its chemical and mechanical properties. For this reason, the oxidation of asphalt is a widely studied subject; however, it is not fully characterized. At laboratory level, various techniques are applied that seek to simulate the asphalt oxidation. These include thermal aging such as Thin Film Oven (TFO), Rolling Thin Film Oven (RTFO) and Pressure Aging Vessel (PAV). In such processes the material is taken to temperatures above 100 ° C and at high pressures in the PAV, which causes an oxidative aging in the asphalt. In spite of this, this type of procedure does not manage to completely simulate the oxidation of the binder, since it does not consider environmental factors such as solar radiation, thermal gradients, and rainfall, among others. Therefore, analyzing the processes and implications of oxidation using asphalts subjected only to thermal aging could generate incomplete information about the material. In this way, the need arises to implement an aging process that simulates a more integral oxidation. For this reason, in the present research we seek to study the chemical and mechanical changes that occur to the material after oxidation under environmental conditions: the same conditions to which the asphalt is subjected during its service life. The main purpose of this research is to study the oxidation process of asphalt, both natural and accelerated in the laboratory and to evaluate it under different physical-chemical analysis methods. To reach the objective, oxidized samples of asphalt binder were analyzed by diverse techniques that allow characterizing from the chemical transformations in the material to changes in their microstructure, also adhesive properties and mechanical response. Among the techniques used are Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetry, X-ray diffraction, surface energy, atomic force microscopy, bitumen adhesion strength and rheology. The results were analyzed and compared with those obtained for the asphalt samples subjected to thermal aging, which allowed recognizing the deficiencies of the RTFO and PAV procedures. In the near future it is intended that the generated knowledge allows establishing a more complete view of the asphalt oxidation process, as well as set a method of accelerated aging in the laboratory that allows simulating in a more effective way the transformations that occur to the material during his service life.