Adherencia ASFALTOS. Ing. Raúl Terán

Transcripción

1 Adherencia ASFALTOS Ing. Raúl Terán

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3 Temperatura C Lts Combustible / Ton of mezcla

4 Temperatura C HMA HWA CMA

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6 Algunos pavimentos asfálticos falla prematuramente debido al daño por humedad Para prevenir dichas fallas es necesario la adición de aditivos anti-stripping a la mezcla.

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8 Sin adherencia Stripping Sin cohesión Sin adherencia y Sin cohesión. Buena adherencia y buena cohesion.

9 Ø Contacto entre el asfalto y el agregado. Ø Union entre asfalto y aggregado resistente a la humedad y cambios de temperatura.

10 ASFALTO Asfalto Agregado Aditivo

11 Asfalto Agregado Aditivo

12 H O O H Si H NH 2 O H Si H O O H Ca H NH 2 O H Ca Agregados Silicosos Agregados Calizos

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14 Desprendimiento por fricción en la fracción gruesa de materiales pétreos para mezclas asfálticas SCT AMAAC ASTM OTRO MMP /03 Desprendimiento por fricción MMP /03 Método inglés RA 07/10 Australiano RA 08/10 Desprendimiento por fricción modificado Evaluación de la susceptibilidad a la humedad D Ebullición Australia T-230 SCT AMAAC AASHTO OTRO MMP /03 Pérdida de Estabilidad por inmersión al agua Compactación Marshall RA 04/10 TSR, Compactador Giratorio T-283 TSR, Lottman Modificado España NLT-362/92 Método Cántabro Inglés: Riedel & Wiber NTL-355/93 Mezcla de Finos

15 1. ASTM D-3625 Prueba de ebullición 2. RA-07/10, T-230 Resistance to Strippingof Aggregates and Binders. 3. Riedel & Weber, NTL-355/93 Mezcla de finos 4. RA-04/10, AASHTO T-283 TSR, Lottman Modificado 5. Método Cántabro, NLT-362/92 Ensayo Cántabro de Pérdida por Desgaste

16 Asfalto (100 gr. 150ºC) Agregado (3/8-1/4) (100gr. 150 C) Mezclado 5 gr. Mezclado Enfriar Aditivo ( gr..) Colocar la mezcla en un vaso de 1000 ml con 700 ml de aguas y dejarlo reposar 24 hrs temperatura ambiente. Colocar el vaso en una fuente de calentamiento y llevar el agua a ebullicion vigorosa por 10 minutos y observar el porcentaje de desprendimiento.

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18 1 MOL Na 2 CO 3 1/2 MOL Na 2 CO 3 1/ 256 MOL Na 2 CO 3 Solución No.9 Solución No. 8 Solución No.1 ASFALTO (13%) Agregado (78%) Tamaño entre las mallas % %

19 1. Preparar juegos de 6 especímenes Ø 6% a 8% Vacíos de aire. Representa los vacíos de la mezcla recién compactada. 2. Determinar el esfuerzoa tensión de3 especímenes. F

20 Mordazas para la Tensión Indirecta 20

21 3. Acondicionar 3 probetas en un baño de agua (60 C, 24 hr.) Ø Ciclo de congelamiento Mínimo 16 hr, -18 C +/- 3 C Especímenes saturados con 60 C por 24 horas. Acondicionar 25 C por 2 hr 4. Acondicionar a la temperaturade prueba(25 C) 5. Determinar el Esfuerzo a Tensión condición húmeda y seca

22 6. Calcular la relación de esfuerzosa tensión (TSR) Esfuerzo a tensión en Humedo Esfuerzo a tension en seco

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25 Silicoso

26 ASFALTO Silicoso ASTM D3525 ASFALTO + Aditivo Kaoamin 12 RA 07/10, T-230 Gripper X2 R&W NTL 355/93 Amido-amine ASFALTO + Polimero TSR, AASHTO T-283 Cántabro NTL 362/92

27 Asfalto Sin aditivo Kaoamin 12 (%) Gripper X2 (%) Amido-amina (%) Asfalto modificado poliméricamente (%) ASTM D3625 % Cubrimiento (95% Min.) T-230 Australia % Cubrimiento (95% Min.) Riedel & Weber Solución (Min. 6) AASHTO T-284 % (S WET / S DRY ) (80 Min) Cantabro NLT362 Perdida de masa (no specification)

28 ASTM D-3625 Sin Aditivo 0.3% Kaoamin % Kaoamin 14 T-283 Sin Aditivo 0.5% Kaoamin % POLIMERO

29 Asfalto Sin aditivo Kaoamin 12 (%) Gripper X2 (%) Amido-amina (%) Asfalto modificado poliméricamente (%) ASTM D3625 % Cubrimiento (95% Min.) T-230 Australia % Cubrimiento (95% Min.) Riedel & Weber Solución (Min. 6) AASHTO T-284 % (S WET / S DRY ) (80 Min) Cántabro NLT362 Perdida de masa (no especificación)

30 ASTM D-3625 Sin aditivo 0.5% Gripper X2 0.3% Kaoamin % POLIMERO T-283 Sin aditivo 0.5% Kaoamin % POLIMERO 0.5% Kaoamin 12

31 Asfalto Sin aditivo Kaoamin 12 Gripper X2 Amido-amina Asfalto (%) (%) (%) modificado poliméricamente (%) ASTM D3625 % Cubrimiento (95% Min.) T-230 Australia % Cubrimiento (95% Min.) Riedel & Weber Solución (Min. 6) AASHTO T-284 % (S WET / S DRY ) (80 Min) Cántabro NLT362 Perdida de masa (no especificación)

32 ASTM D-3625 Sin aditivo 1.0% Kaoamin % Kaoamin 14 T-283 Sin Aditivo 1.0% Kaoamin % POLIMERO

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34 K-12 G-X2 A-A % Cubrimiento Silicoso

35 K-12 G-X2 A-A % TSR Silicoso

36 8 7 6 % Pérdida de masa WET DRY Lime-1 No Additive Lime-1 G-X2 Silicate No- Additive Silicate G-X2 Lime-2 No- Additive Lime-2 G-X2 Silicoso

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39 A. Los aditivos mejoradores de adherencia (antistripping), reducen la susceptibilidad a la deformación permanente en la mezcla asfáltica (Rutting) B. Los polímeros mejoran la adherencia entre el asfalto y el agregado de la misma forma que un aditivo anti-stripping C. El aditivo de adherencia afecta la reología y/o propiedades fisico-mecanisticas de la mezcla en caliente modificada con polímero

40 1. Determinar elefecto deladitivo anti-strippingen las propiedades mecánicas de la mezcla asfáltica en caliente (HMA). [Dosis 0.5%] Aditivo Mejorador 1 Gripper X2 Aditivo Mejorador 2 Kaoamin 14 (MA1) (MA2) 2. Evaluar la sinergia entre el aditivo anti-stripping y la mezcla asfáltica modificada con polímero (Polymer Modified Asphalt, PMA). [Dosis 0.3%, 0.5% y 0.7%] Único aditivo: Kaoamin 14

41 Protocolo de Diseño en México (Ensayos considerados) PMA + Aditivo A Deformación Permanente AASHTO T-304 (APA) Adherencia ASTM D3625 T-230 Australia N.A. + Aditivo C PMA B Ensayo de Fatiga (4 points) AASHTO T-321 Módulo Dinámico Modulo Complejo (E*) Deformación Permanente AASHTO T-304 (APA) Adherencia ASTM D3625 RA-08/08 (Protocolo) AASHTO T-283 (TSR)

42 Deformación permanente, AASHTO T-304 (APA) Specification Presión: 120 PSI Carga: 100 lbs Ciclos: ± 1 % Va Maxima deformación: 4 mm Temperatura de ensayo: Variable (64⁰C) Asphalt Pavement Analyzer (APA)

43 Deformación permanente, AASHTO T-304 (APA) Asphalt Pavement Analyzer (APA)

44 Mezclas Asfálticas modificadas con Polímero (Polymeric Mix Asphalt, PMA) B I. Evaluación de Adherencia del Polímero AC-20 AC % SBS Asfalto sin modificar (N.A.) PMA C II. Influencia del aditivo en PMA AC % SBS + 0.3% KAOAMIN 14 AC % SBS + 0.5% KAOAMIN 14 AC % SBS + 0.7% KAOAMIN 14 PMA1 PMA2 PMA3

45 a) ASTM D-3625 (Boiling) b) T-230 (Australiano) T-230 ASTDM D3625 T-230 ASTDM D3625 T-230 ASTDM D3625 T-230 ASTDM D3625 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 N.A. N.A. + MA1 N.A. + MA2 % Cubrimiento (Adherencia) A Gripper X2 Kaoamin 14 (MA1) (MA2)

46 Deformación Deformación Permanente Húmedo/Seco AASHTO T-304 (APA) A G10 + N.A. G10 + MA1 G10 + MA2 G20 + N.A. G20 + MA1 G20 + MA2 G30 + N.A. G30 + MA1 G30 + MA2 G40 + N.A. Tipo de agregado G40 + MA1 G40 + MA2 G50 + N.A. G50 + MA1 Húmedo Seco G50 + MA2

47 PMA: Evaluación de Adherencia a) Desprendimiento por Friccón RA C B b) ASTM D 3625 Neat asphalt PMA PMA1 PMA2 PMA3 90% minimo B Neat asphalt PMA PMA1 PMA2 PMA3 C

48 PMA, Tensile Strength Ratio (TSR) AASHTO T-283 B C

49 PMA, Deformación Permanente, AASHTO T-304 (APA) Deformación Permanente, mm B 30% 44% 42% 0.0 A.O. N.A. PMA A.M. PMA1 A.M.1 PMA2 A.M.2 PMA3 A.M.3 Seco Mezcla Asfática C 22%

50 PMA, Módulo Dinámico Comportamiento Visco-Elástico Lineal (LVE) log IεI No lineal Ruptura Deformabilidad Visco-elasticidad Lineal (LVE) Influencia de la Temperatura Deformación Permanente FATIGA log (N)

51 PMA, Módulo Dinámico Esfuerzo Axial (MPa) Deformation Axal (µm/m) Módulo Complejo (E*) Tiempo (seg) LVDT s Requerido σ(t) = σ0 sin (ωt) = σ0 eiωt ε(t) = ε0 sin (ωt - φ) = ε0 e i(ωt-ϕ) Frecuencia (Hz) 0.1; 0.3; 1; 5; 10; 25 Temperaturas ⁰C -10; 4; 21; 37; 54

52 Módulo Complejo (E*): Curva Maestra Baja ω Media ω Alta ω < 0,1 Hz 0,1 Hz a 100 Hz > 100 Hz E* MPa T1 T2 T3 T4 T5 T E E E E E E E E E E E E E+07 Frequency Hz

53 Curva Maestra (E*) a) N.A. vs PMA C Módulo Complejo, E* Módulo Complejo E* (MPa) % 51% A.O. N.A. A.M. PMA E-05 1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 a T Frecuencia f (Hz)

54 Curva Maestra (E*) b) PMA vs PMA + Aditivo C Low Módulo Complejo, E* Middle High Modulo Complejo E* (MPa) PMA A.M. PMA1 A.M.1 PMA2 A.M.2 PMA3 A.M E-05 1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 a T Frecuencia f (Hz)

55 Curva Maestra del Ángulo de Fase φ b) PMA vs PMA + Aditivo C 35 Curva Maestra del ángulo de Fase, φ Low Middle High 30 Ángulo de Fase, φ A.M. PMA A.M.1 PMA1 5 A.M.2 PMA2 A.M.3 PMA3 0 1.E-05 1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 a T Frecuenc ia f (Hz)

56 Diagrama de Black b) PMA vs PMA + Aditivo C Módulo Complejo E* (MPa) ELASTICIDAD Ángulo de Fase 10 5 N.A. A.O. PMA A.M. PMA1 A.M.1 PMA2 A.M.2 PMA3 A.M.3 0

57 ε Ln N Punto Crítico de Fatiga Punto de la curva de fatigue σ 6 Ln σ Curva de fatiga Fatiga Ν σ0 σ0 Ciclo de ruptura Ciclo d par fatiga par fat

58 Ensayo de Fatiga de 4 Puntos, AASHTO T-321 Long: 380 mm Altura: 50 mm Ancho: 63 mm Va: 6 % Especificación Temperatura: 20⁰C Frecuencia: 10 Hz Tipo de carga: sinusoidal Condiciones de la prueba: Amplitud (µε): 300, 400, 500, 650 ü Deformación Controlada µε

59 Ensayo de Fatiga de 4 Puntos, AASHTO T-321 a) A.N. vs PMA C Número de Ciclos µε N.A. AO PMA AM

60 Ensayo de Fatiga de 4 Puntos, AASHTO T-321 b) PMA vs PMA + Aditivo C Número de Ciclos ASFALTO ε 6 N.A. 338 PMA 325 PMA1 388 PMA PMA N.A. AO PMA AM PMA1 AM1 PMA2 AM2 PMA3 AM3 µε N = a ε b ASFALTO a ε b % R N.A. 2E+17x PMA 2E+18x PMA1 4E+16x PMA2 1E+20x PMA3 4E+16x

61 I. Deformación Permanente Agregado Asfalto Húmedo (mm) Seco (mm) G10 G20 G30 G40 G50 NA MA MA NA MA MA NA MA MA NA MA MA NA MA MA Análisis A

62 II. PMA Adherencia III. Influencia del Aditivo en PMA Ensayo Esp.. N.A. PMA PMA1 PMA2 PMA3 TSR Min 80% 81% 85% 85% 93% 80% APA *Max 4 mm 6.8 mm 4.8 mm 3.8 mm 4.0 mm 5.3 mm E* φ FATIGA > E* < φ > STD (N Ciclos) STD > E* > φ Análisis Ensayo Esp. N.A. PMA PMA1 PMA2 PMA3 RA > 90 % 85% 85% 94% 96% 98% ASTM D 3625 > 90 % 77% 86% 90% 92% 96% > E* < φ > E* < φ < E* > φ B Análisis C

63 ü El Polímero no mejora adherencia entre el agregado y el asfalto, es necesarioel aditivo anti-stripping. ü La Deformación permanente fue reducida cuando se usóaditivos anti-stripping. ü Los Aditivos no afectan de manera negativa el desempeño de las mezclas modificadas con polímero (PMA). ü Existe un sinergismo entre el Polímero y el Aditivo de Anti-stripping

64 @raulteran