Ligantes asfálticos: propiedades, tipos y clasificación

Definición y Microestructura del Ligante Asfáltico (LA)

El ligante asfáltico (LA) es un material virtualmente no volátil, adhesivo e impermeable, casi soluble en tolueno. Se presenta en estado casi sólido a temperatura ambiente.

Fracciones SARA

El LA se compone de las siguientes fracciones, ordenadas por polaridad ascendente:

• Asfaltenos
• Resinas
• Aromáticos
• Saturados

Microestructura del LA: Sistema coloidal que consiste en micelas de asfaltenos dispersas en un medio oleoso de bajo peso molecular.

Comportamiento Reológico y Susceptibilidad Térmica

El comportamiento reológico del LA es altamente dependiente del tiempo, la magnitud de la carga y la temperatura (T°).

• Transición Sol-Gel (S.E-V.E): 25°C
• Transición Viscoelástica-Viscosa (V.E-V): 60°C
• Compactación: 135°C

Susceptibilidad Térmica: Variación de la consistencia del LA ante cambios de temperatura. Se evalúa mediante el Índice de Penetración (IP), que proporciona una idea de las características reológicas del ligante, considerando la penetración a 25°C y el punto de ablandamiento (P.A).

• IP > +1: LA poco susceptible a la temperatura. Característico de betunes modificados con polímeros y betunes oxidados.
• IP < -2.0: LA altamente susceptible a la temperatura, rico en aromáticos y con comportamiento algo viscoso.
• -2.0 < IP < +1: Característica más usual en los asfaltos, con propiedades intermedias.

Oxidación y Técnicas para Reducir el Envejecimiento

La oxidación del LA provoca una disminución del tamaño, peso y polaridad de los asfaltenos, y un aumento en los aromáticos.

Técnicas para Reducir el Envejecimiento

• Maximizar el espesor del film asfáltico con un mayor contenido de asfalto (c.asf).
• Compactar la mezcla para obtener un porcentaje de vacíos máximo del 8%.
• Diseñar mezclas con granulometrías densas de agregados resistentes a la humedad.
• Utilizar mezclas tibias.
• Incorporar filler en la granulometría de los agregados.
• Adicionar antioxidantes.

Ligantes Asfálticos Modificados

• LA Natural: Comportamiento lineal en el diagrama de Heukelom-NH.
• LA Modificado: Aumenta la resistencia a la deformación permanente en condiciones de alta temperatura de rodado, sin afectar las propiedades del LA a otras temperaturas. Se recomienda para:
  • Cargas elevadas
  • Tráfico intenso
  • Condiciones climáticas extremas
  • Zonas críticas para reducir la frecuencia de mantenimiento

Tipos de Modificadores

• Elastómeros Termoplásticos (TP): Su estructura influye en las propiedades del LA.
• Gomas: Aumentan principalmente la viscosidad del ligante.
• Termoplásticos: Se funden con el calor y se rigidizan al enfriarse, aumentando la viscosidad y reduciendo la deformación permanente.
• Red de Visco: Aditivos como ceras cuyo punto de fusión es menor que la viscosidad del asfalto, permitiendo reducir hasta 30°C las temperaturas de mezcla y compactación (menor consumo energético, costo de producción y emisiones). Si el punto de fusión del aditivo es mayor que la viscosidad del asfalto, se reduce el potencial de daño por deformación permanente.
• Otros: Sulfuro, thermosettings, fuel resisting.

Otros Tipos de Ligantes Asfálticos

• Asfalto Soplado: Se obtiene mediante un proceso de oxidación controlado.
• Emulsión Asfáltica: Dispersión de glóbulos de LA en agua, que reduce la viscosidad del LA para hacerlo trabajable a menor temperatura (aproximadamente 80°C).
• Asfalto Cortado o Diluido: Dilución del LA en un solvente, que reduce la viscosidad para hacerlo trabajable a menor temperatura. Pueden ser de curado rápido (RC), medio (MC) o lento (SC).

Clasificación de los Ligantes Asfálticos

Según Viscosidad (CA)

• CA14: 1400 < viscosidad a 60°C < 2400
• CA24: Viscosidad a 60°C >= 2400

Un CA14 podría usarse en clima frío, ya que se podría inferir que su punto de Fraas es más bajo. Sin embargo, no se puede inferir el comportamiento completo de un asfalto solo con la viscosidad; es solo un dato de partida.

Según Tipo de Curado (Asfaltos Cortados)

• SC-70: Asfalto cortado diluido de quiebre lento con viscosidad cinemática de 70 centipoise.

• Clima frío: Curado rápido.
• Clima cálido: Curado medio o lento.

Según Residuo (Emulsiones Asfálticas)

• CRS-1: Catiónica de quiebre rápido con 55-60% de residuo.
• CMS-2: Catiónica de quiebre medio con 65% de residuo.
• CSS-1h: Catiónica de quiebre lento, 55-60% de residuo, con penetración del residuo de 40-90 dmm (se añade "h" en M y S).

Punto de Fraas

El punto de Fraas mide la temperatura a la cual el asfalto deja de ser dúctil y se fractura de forma frágil.