Asfaltos y mezclas asfálticas: Conceptos y fundamentos

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En definitiva, por lo expuesto, una disolución bituminosa coloidal es más viscosa a mayor contenido de asfaltenos y resinas, por consiguiente, resulta obligado añadir algún tipo de fluidificante al objeto de que el crudo estudiado adquiera las características que, según norma UNE 104.324, debe cumplir toda pintura de base asfáltica, empleada como materia l de imprim ación para impermeabilizaciones. This ti/trate was subsequent/y vacuum evaporatedto obtain dry ma/thenes that were subjected to Soxh/et extraction with n-heptane at atmospheric pressure to separate the resins. Fifteen g ofma/thenes were disso/ved in 400 m/of so/ven~ to which 700 g of si/ica-a/umina/ previous/y activated at 120 oC for two hour~ were added This mix was stirred and sma// amounts of so/vent added unti/ it turned ye//o~' the n-heptane was then poured off and the operation repeated unti/ a transparent mix was obtained Afterprecipitating/ the resin traction was vacuum dried at /ow pressure. The so/ution from the extraction was subsequent/y evaporated at /ow pressure/ /ast/~ the remaining ma/thenes were a/so vacuum dried En cuanto a las caracterizaciones reológicas de las soluciones de crudo Machete y sus fracciones en xileno, a una temperatura de 28 oC, se ha hecho uso de un viscosímetro rotacional Contraves modelo Lowshear 30 dotado con pantalla pigital y un detector fotoeléctrico acoplado a un imán multipolar a modo de amplificador de compensación. Este equipo permite medir, con gran exactitud, Agure 2 shows the respective viscosity -concentration curves for three series of solutions- asphaltenel resins and the group of saturated and volatile aromatic hydrocarbons. The measurements were taken in the presence of dimethylbenzene as the solvenC whose viscosity at the working temperature (28 OC) is 0.64 cp. The high viscosity values in the xylene mixes analyzed were clearly due to the asphaltenes much more than to any of the other fractions. For reasons of solubilit)/¡ howeve¡; it was unfortunately not possible to work at asphaltene concentrations of over 16% by weight. Nonetheles~ viscosity was observed to vary exponentially with asphaltene concentration. The figure shows that viscosity also varied with resin concentrationl but much less acutely. Finall~ the geometric distribution of the experimental points relating malthene oil concentration to viscosity nearly exactly defines a very slightly sloping and hlghly correlated stralght line. It is/ then/ a material of cardinal importance for the construction industry for its consisten~ adherence/ watertightne~s/ durability and low cost (4). Although such asphaltprimers are general/y obtainedby diluting ormixing semi-solid asphalt tar with liquid by-products -nearlyas fluid as water- obtained from distil/ing certain types of crude oi¿ asphaltic petroleum conforming to a number of specifications may be used directly for this purpose. In this regarct part of the liquid asphalt that has been used for many years is bituminous crude found in natural deposits that requires no industrial processing or preparation whatsoever: Such deposits are formed when the lighter fractions of crude oil that has seeped to the surface of the earth are driven off by the action of sun and wind. The largest deposits of this nature/ known as lake aspha/~ in which the concentration of the denser fraction materials is highe¡; are located in the southern United States and northern Venezuela (5).

Los crudos extrapesados procedentes del área Machete (Venezuela) son materiales de consistencia blanda o fluida, por lo que se salen del campo en el que normalmente se aplica el ensayo de penetración a productos asfálticos según el método ASTM D-5 (1), cuyo límite máximo es 30 mm, y pueden ser utilizados como pinturas asfálticas de imprimación. Al igual que otros productos asfálticos, estos petróleos son químicamente una mezcla de numerosos hidrocarburos nafténicos, parafínicos, aromáticos y compuestos heterocíclicos que contienen azufre, nitrógeno, oxígeno, etc. Están compuestos por una fase pesada y otra de aceites malténicos que, además de los hidrocarburos naturales empleados como aditivos, actúa a modo de fluidificante volátil. La primera fase se describe como una mezcla de asfalten~ o susta,ncias complejas de alto peso molecular, insoluble en hidrocarburos parañnicos y soluble en compuestos aromáticos como el benceno; la segunda es descrita como una mezcla de resinas y otros hidrocarburos. Estas dos fases constituyen un sistema coloidal. En este trabajo se presentan los resultados experimentales del efecto de la proporción de asfaltenos y resinas en la viscosidad de tales crudos, con vista a su aplicación como materiales imprimadores. Los experimentos se realizaron en un reactor batch marca Parr en una atmósfera de nitrógeno yempleando n-heptano como disolvente. Una vez precipitados los asfaltenos a partir de las muestras utilizadas y, seguidamente, de la fracción de maltenos obtenida, se separaron las resinas. Al comparar los resultados obtenidos, se encontró que los asfaltenos eran responsables de las características estructurales y de consistencia del vehículo, mientras las resinas le proporcionan propiedades aglutinantes y los aceites malténicos actúan como disolventes.Los resultados obtenidos en el presente trabajo indican que la alta viscosidad del crudo Machete se explica, fundamentalmente, por su contenido en asfaltenos, componentes que causan, por sí solos, un marcado aumento de la misma; en menor medida, dicho incremento puede ser atribuido a la acción de las resinas. Por último, los maltenos influyen mucho menos sobre esta propiedad; de lo cual se concluye que el comportamiento reológico de las muestras analizadas se explica en gran parte porque los asfaltenos forman asociaciones intermoleculares en un ambiente poco polar debido a la capacidad de los grupos funcionales oxhidrilos y aminos presentes en aquéllos para establecer enlaces tipo puentes de hidrógeno. Otra conclusión es que para lograr una disminución apreciable de la viscosidad de un producto asfáltico líquido es necesario aumentar la razón de maltenos a resinas. hydrogen bonds that give rise to fairly large intermolecular associations raises viscosity values substantial/y (19).

Asphalt primers/ which are designated with the letters PI fol/owed by a dash/ the respective roman numeral and reference (3)/ are brushed orsprayed on to the surface to be primed as a thin layer that dries to form a continuous solid film. The purpose of this layer is to bind to the underlying surface to enhance adherence and selfprotection. It should be app/ied on all areas to be weatherproofe~ including areas under nashing~ upstands and so on. asphaitenes/resin oIls ·1 - ; - - - - r - - , . - - - r - - - r - - r - - - r - - . . . . - - - r - - , . - - - - , . - - I O 10 15 20 25

La microestructura de los crudos sintéticos estudiados queda definida entonces por la cantidad de micelas, su distribución de tamaños y por las interacciones fisicoquímicas entre ellas. La fracción de los asfaltenos se presenta a modo de láminas paralelas unidas por fuerzas fisicoquímicas y compuestas por núcleos aromáticos condensados sustituidos por grupos alifáticos, nafténicos y heterocíclicos (21). Las resinas poseen estructuras parecidas a las de los asfaltenos pero tienen menor tamaño y una proporción mayor de cadenas parafínicas como sustituyentes de los anillos aromáticos. A causa de ello, las resinas son una fase de polaridad intermedia que sirven como interfase entre los asfaltenos polares, a los que recubren, dando lugar a las mencionadas micelas, y el resto de la matriz del medio oleoso que, generalmente, posee una alta relación entre parafinas y aromáticos no polares (22). Los asfaltenos precipitarían de no ser por la presencia de esta capa de resinas que los rodean (23). la obra con valores de viscosidad a 25 oC desde 25 a 75 s 5aybolt Furol, medida según método A5TM 0-2171 (6), parte de los fluidificantes se evapora y surge una película sólida adherida al substrato. Hidrocarbonos aromáticos/Aromatic hydrocarbons Hidrocarbonos parafínicos y/o nafténicos/ Paraffinic and/or naphthenic hydrocarbons Para determinar la viscosidad dinámica del crudo Machete, así como de los crudos sintéticos preparados, se ha utilizado un viscosímetro rotacional Haake modelo RV3 con cabezal de medición MDK y sistemas sensores SVI y SVIL Dicho aparato operó mediante preselección de la tasa de corte y las mediciones en el mismo se basan en el hecho de que la viscosidad absoluta es igual a un parámetro, previamente tabulado, dependiente del equipo empleado multiplicado por el cociente entre el valor de la escala proporcional al torque del rotor y el número de revoluciones del mismo. Antes de cada determinación de viscosidad, las muestras de crudos sintéticos a 55 oC fueron sometidas a ultrasonido durante una hora con calentamiento a fin de garantizar, en todo lo posible, la homogeneidad de dichas muestras. La consistencia de un producto asfáltico es el grado de fluidez que tiene el mismo a una determinada temperatura. La viscosidad es la resistencia del material a fluir. La situación ideal es aquélla de aquel material que mantiene su consistencia en un amplio intervalo de temperatura, es decir, su susceptibilidad térmica es baja.

More specifical/~ the Venezuelan crude along the Orinoco strip (Machete area) is characterized by high viscosity and a high aromatic and asphaltene content. These nonrefinable and economical/y unattractive liquid materials/ regarded to be "slow cured naturalasphalts; can be readily applied in open areas as primer coats with excel/ent penetration propertie~ with no need for heating to high temperatures or even at al/. Volatile solvents (gasoline/ kerosene...) are usual/y added to enhance their nuidity. When the fluidized produc~ with viscosity values offrom

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The consistency of an asphalt material is its degree of f/uidity at a given temperature. Viscosity is the resistance of the material to f/ow. The ideal material is one whose consistency is constant over a wide temperature range/ ,: e"/ one with low thermal susceptibility. The results obtained in the present study indicate that the high viscosity of Machete crude is essential/y due to its asphaltene conten~ a fraction that by itself accounts for much ofthe viscosi~ although this property may also be partial/y attnbuted to resins. Last/~ malthenes have a much smal/er effect on viscosity. According to these finding~ the rheological behaviour ofthe samples analyzed can be largely explainedby the intermolecular associations among asphaltenes. Such associations can be generated in a scantly polar environment thanks to the hydrogen bonds formed by their functional oxyhydryl groups and aminos. Anotherconclusion is that the malthene-resin ratio must be increased to appreciably reduce the viscosity of liquid asphalt materials. The microstructure of the synthetic crude oils studied is therefore/ by the number; distrlbution and size of the micel/es and the physical-chemical interactions between them. The asphaltene fraction can be described as a series ofparal/el layers connectedbyphysical-chemical forces and comprising condensed aromatic nuclei substituted with aliphati~ naphthenic and heterocyclic groups (21). The resins exhlbit a similar structure but with a smal/er size anda smal/erproportion ofparaffinic chains as substitutes on the aromatic rings. Consequent/~ the resins constitute an intermediate polarity phase that act as an interface between the polar asphaltenes/ which they envelop forming the micel/e~ and the rest of the oily medium which usua//y has a high paraffin/non-polar aromatic compound ratio (22). Ifthey were notsurrounded by a layer of resins/ the asphaltenes would certainly precipitate (23). En la Figura 2 se representan los valores respectivos de la viscosidad frente a concentración de tres series de disoluciones de asfaltenos, resinas y, por último, del conjunto de hidrocarburos saturados y aromáticos volátiles. Las medidas se hicieron en presencia de dimetilbenceno como disolvente, cuya viscosidad a la temperatura de operación (28 OC) es de 0,64 cp. Se observa claramente que los asfaltenos tienen mucho mayor responsabilidad en los altos valores de la viscosidad de las mezclas con xileno analizadas que la de cualquiera de las otras fracciones. Desafortunadamente, debido a problemas de solubilidad, no fue posible trabajar a concentraciones de asfaltenos superiores al 16% en peso. No obstante, existía una variación exponencial de la viscosidad con la concentración de asfaltenos. También se aprecia en esta misma figura que dicha propiedad varía en menor medida con la concentración de resinas, aunque esa influencia es bastante menos pronunciada. Para finalizar, el lugar geométrico de los puntos experimentales que relacionan la concentración de los aceites malténicos con la viscosidad puede aproximarse mediante una recta de muy baja pendiente y alto grado de correlación.