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Los materiales combinados con betún se denominan materiales bituminosos. El uso de materiales bituminosos se limitó inicialmente a la construcción de carreteras. Hoy, sus aplicaciones se extienden al área de construcción de techos para aplicaciones industriales, moquetas modulares, pinturas y recubrimientos especiales para impermeabilización.
Tabla de contenido
la historia de material bituminoso
Antes de la era bituminosa, el alquitrán se usaba como material aglomerante para materiales bituminosos. A partir del siglo XX, apareció en Gran Bretaña un nuevo tipo de vehículo con neumáticos. Era una época en la que se usaba alquitrán para construir carreteras en grandes áreas. El camino se construyó utilizando agregados inclinados ligados con agua siguiendo los principios desarrollados por Macadam. Las carreteras de macadán generaron gran cantidad de polvo por la acción de las llantas neumáticas y la velocidad de circulación de los vehículos. Esto dio como resultado que la superficie de la carretera se adhiriera a este alquitrán. El alquitrán actúa como un aderezo que cubre la superficie. Se puede rociar en estado semilíquido, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones. Este se endurece a medida que se enfría, protegiendo el camino de los ataques del agua. La historia del betún comenzó alrededor de 1913 con el betún de refinería utilizado en los campos petroleros mexicanos británicos. Pero en 1920, fue la refinería Shell Haven la que llevó el betún a la construcción de carreteras.
Diferencia entre betún y alquitrán
En comparación con el alquitrán, el betún es menos sensible a la temperatura. Por lo tanto, a la misma temperatura, el betún es más rígido que el alquitrán. Esto demuestra que tiene una mayor resistencia a la deformación y al ablandamiento que el alquitrán. En el futuro, serán más frágiles bajo altas fuerzas de abrasión y mostrarán una resistencia muy alta a las grietas. A medida que pasa el tiempo, más coches y más tráfico. Por lo tanto, era imperativo mejorar el rendimiento de la carretera. Esto hace un uso completo del betún sobre el alquitrán.
Tipos de betún
Se han desarrollado diferentes mezclas bituminosas para diferentes situaciones. Las principales variaciones se deben a variaciones en el contenido de betún, la ley del betún, el tipo de árido utilizado y el tamaño del árido. Tradicionalmente en el Reino Unido, el betún se divide en dos categorías. El primero es”asfalto“y el segundo es”MacadánEn América del Norte, el asfalto se llama betún en sí. El asfalto es una mezcla bituminosa cuya resistencia y rigidez vienen dadas por las propiedades del mortero. Para el macadán, por otro lado, la resistencia depende del agregado utilizado en la mezcla (encontramos que las propiedades del asfalto están más dominadas por las propiedades del betún que en el caso del macadán.
Figura 1: Representación de la mezcla asfáltica y sus propiedades
Figura 2: Expresión de la mezcla de Macadam y sus características
Uso de materiales bituminosos en pavimentos flexibles
Los materiales bituminosos se utilizan principalmente para la construcción de pavimentos flexibles. Cuando la construcción de carreteras utiliza losas de hormigón, se denomina estructura rígida. El pavimento flexible en sí tiene varias capas, cada una con funciones específicas que realiza bajo carga. En la Figura 3 se muestra una capa típica de pavimento flexible en un pavimento flexible.
Figura 3: Diferentes capas de estructuras de pavimento flexible
Según la posición y la función del material, las propiedades del material también son diferentes. La capa superficial, el aglutinante y la base pueden ser de asfalto. Sin embargo, el tipo y las propiedades del asfalto en cada una de estas capas varían según la ubicación y la función. El asfalto de la capa superficial es diferente del asfalto utilizado en la capa de unión o capa base.
Ingredientes de Materiales Bituminosos
El agregado graduado y el betún son composiciones de material bituminoso. El material bituminoso es un material trifásico debido a la pequeña proporción de aire presente en el mismo. Las propiedades generales de los materiales bituminosos dependen en gran medida de las propiedades individuales de cada fase y sus respectivas proporciones de mezcla. Las dos fases sólidas, betún y árido, tienen propiedades diferentes. El agregado tiene propiedades duras y duras. El betún es flexible y suave, por lo que cambia con la temperatura. Por lo tanto, el rendimiento general del material se ve muy afectado por el porcentaje de betún en la mezcla total. El suministro de betún se puede realizar de diversas formas, según la demanda sea para la colocación o para facilitar otras actuaciones. La calidad de la composición de los áridos también es un factor clave en la calidad y rendimiento de los materiales bituminosos. También se puede usar un agregado graduado continuo llamado concreto asfáltico (anteriormente conocido en el Reino Unido como Macadam como se describe en la sección anterior) o el agregado utilizado es asfalto laminado en caliente o asfalto de piedra (anteriormente conocido como asfalto en el Reino Unido). El relleno es el componente más fino del agregado que pasa a través de 63 micrones. Las mezclas de agregados graduados pueden contener alguna cantidad de relleno. Pero si eso no es suficiente, se utilizan rellenos adicionales en forma de cemento Portland, cal apagada o polvo de piedra caliza.
fuente de betún
Hay dos fuentes principales de betún.
- betún natural
- betún de refinería
betún natural o asfalto natural
El betún se obtiene naturalmente del petróleo con la ayuda de fuerzas geológicas. Se encuentran estrechamente relacionados con los conjuntos minerales. Se deposita en rocas bituminosas impregnadas y arenas bituminosas, con un pequeño porcentaje de betún. La región de Val des Travers de Suiza y la región de ‘arenas bituminosas’ de América del Norte han expandido una gama significativa de depósitos bituminosos. El asfalto de roca obtiene un 10% de betún en forma de betún impregnado de piedra caliza o arenisca. El asfalto de lago se compone de betún “lago” que se encuentra como una sustancia mineral finamente dispersa en el betún. Las carreteras británicas utilizan betún de los sedimentos del lago en el mencionado lago Trinidad.El asfalto que se encuentra en los lagos se refina a un estado parcial calentándolo a una temperatura de 160 grados.0C. Esto se hace con una habilidad abierta para eliminar el exceso de humedad. Luego se filtra el material. Se envía en barriles. Compuesto por un 55% de betún, un 35% inorgánico y un 10% orgánico, es de difícil aplicación directa en carretera. Esto se mezcla con betún de refinería antes de su uso, incluso después del procesamiento.
betún de refinería
Este betún es el material residual que queda tras el proceso de destilación fraccionada del crudo. Los petróleos crudos de diferentes países difieren según su contenido de betún. Se ha descubierto que el petróleo crudo del Medio Oriente y el Mar del Norte debe someterse a un procesamiento adicional después de la destilación para obtener el betún final. Sin embargo, el crudo del Caribe y países vecinos tiene un alto contenido de betún, que se extrae con mucha facilidad.
fabricación bituminoso
La producción de betún es un proceso que requiere mucho tiempo, como se ilustra brevemente en el siguiente diagrama de flujo. El betún es un material sobrante. Las propiedades del betún final dependen del grado de extracción, viscosidad y proceso de destilación. Las refinerías modernas tienen la capacidad de extraer betún con mayor precisión a la viscosidad y consistencia requeridas.
Figura 4: Diagrama de flujo que muestra la preparación del betún de refinería
Estructura bituminosa
Los hidrocarburos y sus derivados formados en sistemas coloidales complejos se sintetizan para formar estructuras bituminosas. El betún es un sistema coloidal que se disuelve en tricloroetileno. Este disolvente se utiliza para determinar los constituyentes del betún. Los componentes del betún se pueden clasificar de la siguiente manera:
- Asfaltenos: Se encuentra que son insolubles en solventes de hidrocarburos alifáticos ligeros.
- Marta: Estos son solubles en n-heptano.
Un sistema coloidal de betún es un sistema que contiene partículas sólidas de asfaltenos que juntas forman grupos de moléculas o estas pueden ser micelas. Continuo de marta. En base a la dispersión micelar, el betún puede existir en forma de sol o gel. Cuando se dispersa por completo, se forma un sol. Los geles se forman cuando las micelas se agregan en escamas. El betún exhibe propiedades de gel cuando hay una gran cantidad de aceite saturado de bajo peso molecular. El betún que contiene aceites aromáticos exhibe propiedades de sol. Este contiene más asfalto.
Efecto del contenido de betún en las propiedades del material
Las partes individuales que forman el betún ciertamente contribuyen a las propiedades del material bituminoso.
- Los asfaltenos son las partes que forman el cuerpo del material.
- La resina en betún contribuye a la adherencia y ductilidad del material.
- La viscosidad y reología del material son ajustadas por el aceite contenido en el material bituminoso.
- La rigidez del material está dominada principalmente por el azufre presente en grandes cantidades en la fracción de alto peso molecular.
- La presencia de ciertos complejos de oxígeno afecta la acidez del betún. La acidez del betún es un factor útil para determinar la capacidad del betún para adherirse a las partículas de agregado.
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