Asfaltos y mezclas asfálticas: Conceptos y fundamentos

Product Information

The increase in the propor tion of asphaltenes and resins prompt s an abrupt rise in viscosi~ attribut able to the greater numbe r and size of such micelles an~ therefore/ of intermi cellar interactions. Specificall~ hydrod ynamic interac tions betwee n these inverse mice//e s cause increa ses in viscos ity due to interference in the stream of the f/ow between two nearby and identica/ micelles (24)/ although accoun t must a/so be taken of the interac tions betwee n micelles of differen t sizes (25). Research has shown that a number offactors is responsible for viscosity in such f1uids. According to the literature on complex coated macadam/ viscosity follows certain general trends.· it declines with increasing temperature (17)/ rises with growing pressure or density (18) and is highly dependent on the molecular structure of the components. In this vein/ in hydrocarbons the greater the molecular weight and/or the more cyclic the structure/ the higher are the viscosity values. This can be explained by the greater f1exibility or deformability of molecules with larger numbers of degrees of freedom (19). In this respect; the presence of certain functional groups able to form 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 The overallpurpose ofthe presentstudy was to determine and quantif~ as far as posslble/ the effect of the components of liquid asphalt materia¿ particularly asphaltenes and resins/ on one of its most important properties: viscosity. A broad understanding of the chemical composition of liquid asphalt materials is extremely usefu¿ inasmuch as control oftheir rheological properties willlead to higherperforming and more effective weatherproofing. Effect ofaspha/tene and resin oi/s on the viscosity ofbituminous petro/eum materia/s to be used as aspha/t primers

Two very important properties of the crude studied, its kinematic viscosity (96620 Saybolt second universal at 55 OC) and its high density (API gravity 9.6 0)/ are both a direct result ofits high resin and asphaltene contento This content declines at the temperature at which the oil formed, inferring that crude density is lower in very deep deposits. Similar/~ the chemical composition ofMachete crude oil (percentage by weight) pro ved to be: malthenes (77.9%)1 resins (56.9%) and asphaltense (22.1%). The Machete crude so/utions and their fractions in xy/ene were rhe%gica//y characterized at 28 oC with a Contraves mode/ Lowshear 30 rotationa/ viscometer equipped with a digital screen and a compensation amp/ifier consisting in a photoe/ectric detector connected to a mu/ti-po/ar magneto This device is ab/e to accurate/y measure dynamic viscosity over a range of from one 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. Hidrocarbonos aromáticos/Aromatic hydrocarbons Hidrocarbonos parafínicos y/o nafténicos/ Paraffinic and/or naphthenic hydrocarbons 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.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, Se trata, pues, de un material de suma importancia para el sector de la construcción por sus propiedades de consistencia, adhesividad, impermeabilidad, durabilidad y bajo costo (4). Aunque las citadas pinturas asfálticas se obtienen, generalmente, diluyendo o mezclando los betunes asfálticos semisólidos con subproductos líquidos, casi tan fluidos como el agua, obtenidos de la destilación de determinados crudos de petróleo; es posible usar directamente los petróleos asfálticos que cumplan con unas especificaciones determinadas. En tal sentido, parte del asfalto líquido que se utiliza, desde épocas pasadas, es el crudo bituminoso, el cual se encuentra en yacimientos naturales y pueden explotarse sin necesidad de operaciones industriales de ningún tipo para su preparación. Estos yacimientos se han producido a partir del petróleo por un proceso natural de evaporación de las fracciones volátiles enriqueciendo las pesadas. A este producto se le llama frecuentemente asfalto de lago. Los yacimientos más importantes de productos asfálticos líquidos naturales se explotan en el sur de los Estados Unidos de América y en el norte de Venezuela (5). Para explicar el comportamiento viscoso de los productos asfálticos líquidos, éstos deben considerarse como una disolución coloidal, donde un grupo de moléculas más pesadas y polares (asfaltenos) están rodeadas por otras moléculas polares más ligeras (resinas), formando micelas inversas, sin que exista una separación entre aquéllas, sino una transición, finalmente, ocupando el espacio restante los aceites nafténicos, parafínicos y aromáticos (20). Estos últimos constituyen el medio dispersante de baja polaridad o fase continua.

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.puentes de hidrógeno, que dan lugar a asociaciones intermoleculares de bastante tamaño, provoca un incremento importante de la viscosidad (19). 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. 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. The viscous behaviour of liquid asphalt products can be best understood when theyare viewed as col/oidalsystems in which a group of heavier and more polar molecules (asphaltenes) are surrounded by lighter weight molecules (resins) to form highly compacted clusters of inverse micel/es/ whi/e the scant space in between is occupied by naphthen/~ paraffinic and aromatic oils (20). This last group constitutes the low polarity dispersion medium or continuous phase. 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.

Effect of asphaltene and resin oi/s on the viscosity of bituminous petro/eum materia/s to be used as aspha/t primers Durante los últimos años varios proyectos de investigación se han interesado en desarrollar un conocimiento fundamental y formal sobre estos productos para encontrar alternativas de aprovechamiento de estos materiales. En ese sentido, las propiedades fisicoquímicas de los mismos pueden permitirles ser suficientemente dúctiles, maleables y reométricamente aptos para su aplicación como capa de fondo o imprimadores en cubiertas impermeabilizantes de edificaciones, a fin de satisfacer la creciente demanda mundial de los mismos. Por otro lado, no debe olvidarse que estos materiales pueden ser susceptibles a los cambios de temperatura, sufrir envejecimiento por intemperismo o ser afectados por la oxidación y la fotodegradación, lo que limita su rango de utilidad. Por todas estas razones, estos productos suelen ser aditivados o modificados para mejorar dichas propiedades. Las investigaciones realizadas señalan que existen diversos factores responsables de la viscosidad de dichos fluidos. Considerando la literatura en el caso de mezclas bituminosas complejas, la viscosidad sigue algunas tendencias generales: disminuye con el aumento de temperatura (17), aumenta con el incremento de la presión o la densidad (18) y, sobre todo, depende de la estructura molecular de los componentes. De acuerdo con lo anterior, se ha encontrado que, para los hidrocarburos, a mayor peso molecular y/o carácter cíclico, mayor valor de la viscosidad. Ello se explica porque el flujo se facilita con la mayor flexibilidad o posibilidad de deformación de las moléculas que presentan mayor número de grados de libertad (1'9). A tal respecto, la presencia de determinados grupos funcionales capaces de formar enlaces tipo MANUAL DE ENSAYOS PARA LABORATORIO. MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE (MAC) PARTE 1. PARA EL CALCULO DE VOLUMETRIA Y ENSAYOS DE DESEMPENO. Figure 3. - Viscosity at 55 oC of different synthetic mixes with constant resin to asphaltene and oil to resin ratios.

Language

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. Por último, la densidad o gravedad API del crudo Machete se determinó, según norma ASTM D-2041 (15), utilizando un dispositivo Rice que incluía un conjunto de elementos necesarios: vibrador, picnómetro de vacío, bomba de vacío, juego de filtración, balanza electrónica y un manómetro de presión residual compuesto de un tubo en "U" cerrado en un extremo y montado sobre una cúpula de vidrio conectada al recipiente de vacío. Influencia de asfaltenos y resinas en la viscosidad de petróleos bituminosos utilizables como pinturas asfálticas de imprimación Asfaltenos (núcleo policíclico y cadenas alifáticas) Asphaltenes (polycyclic nucleus and aliphatic chains) Resinas/ Resines o As noted in the introduction/ Machete bituminous crude was used to obtain resins and asphaltenes. A preliminary operation involved dissolving the crude in excess toluene and distillation-drying at 78 oC to remove the entire azeotropic mixture ofwater andsolvent The main fractions of the liquid asphalt material were then separated by differential dissolution. First the asphaltenes were precipitated out of the dry crude with HPLC-grade nheptane/ a compound ensuring ready precipitation at atmospheric pressure and high experimental reliability (10)/ although this operation can also be suitably performed with low molecular weight paraffinic hydrocarbons. The asphaltenes obtained with n-heptane have a higher molecular weight and greater polarity than those separated with n-pentane/ although in the latter case/ due to the higher temperatures generatect a larger amount of asphaltenes precipitate than when n-heptane is used (11). The n-heptane / dry crude ratio usect by volume/ was 60:1 to obtain the maximum asphaltene concentration (12).