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EMULSIONES

RUBÉN PRIETO LÓPEZ

Profesor MARTIN ORNA CARMONA Ciencia y tecnología de los materiales

ESCUELA UNIVERSITARIA POLITECNICA DE LA ALMUNIA I.T. OBRAS PÚBLICAS 20 de noviembre de 2008

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INDICE Definición

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Emulsificantes

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Tipos de emulsiones

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Estabilidad de funciones

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Propiedades de las emulsionnes

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Emulsiones aflasticas

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Historia

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Tipos de emulsiones asfálticas

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Rompimiento de emulsiones asfáltic

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Ventajas de emulsiones asfálticas

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Uso de emulsiones asfálticas

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Proceso de fabricación

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Esnayos a emulsiones asfálticas

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Bibliografía

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DEFINICION Una emulsión es una mezcla de dos líquidos inmiscibles de manera más o menos homogénea los cuales están unidos por un emulsificante, emulsionante o emulgente. Un líquido (la fase dispersa) es dispersado en otro (la fase continua o fase dispersante). Muchas emulsiones son emulsiones de aceite/agua, con grasas alimenticias como uno de los tipos más comunes de aceites encontrados en la vida diaria. Ejemplos de emulsiones incluyen la mantequilla y la margarina, la leche y crema, el espresso, la mayonesa, el lado fotosensitivo de la película fotográfica, el magma y el aceite de corte usado en metalurgia. En el caso de la mantequilla y la margarina, la grasa rodea las gotitas de agua (en una emulsión de agua en aceite); en la leche y la crema el agua rodea las gotitas de grasa (en una emulsión de aceite en agua). En ciertos tipos de magma, glóbulos de ferroníquel líquido pueden estar dispersos dentro de una fase continua de silicato líquido. Las emulsiones son parte de una clase más genérica de sistemas de dos fases de materia llamada coloides. A pesar que el término coloide y emulsión son usados a veces de manera intercambiable, las emulsiones tienden a implicar que tanto la fase dispersa como la continua son líquidos. A la industria le interesa más la emulsificación de aceite y agua. Las emulsiones de aceite y agua (oleoacuosas) tienen el aceite como fase dispersa en el agua, que es la fase continua. En las emulsiones hidrooleosas o de agua en aceite, el agua está dispersa en aceite, que es la fase externa. Hay ocasiones en que no está claramente definido el tipo de emulsión, pues la fase interna y externa, en lugar de ser homogénea, contiene porciones de la fase contraria; una emulsión de esta clase se llama emulsión dual. Generalmente el tamaño de la fase discreta tiene alguna dimensión lineal entre 1 nanómetro y 1 micra. Son estos tamaños tan pequeños los que le dan a las emulsiones sus importantes e interesantes propiedades. La ciencia que trata con las emulsiones es multidiciplinaria, ya que involucra física, química, biología, etc.

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EMULSIFICANTES Los emulsificantes son unas sustancias que estabilizan las emulsiónes. Se trata de compuestos orgánicos de peso molecular relativamente elevado (entre 100 y 300); tienen una parte hidrofóbica (generalmente es una cadena hidrocarbonada ya sea lineal o cíclica) que es soluble en el medio orgánico y una parte hidrofílica (generalmente es un grupo polar de tipo orgánico o inorgánico), soluble en el medio acuoso. 18 Los emulsificantes están compuestos generalmente por un radical alkilo R el cual es hidrofóbico y un componente hidrofílico, que se encuentran saponificados y con el contacto con el agua se disocian, quedando con cargas negativas o positivas según el tipo de emulsificante.

Algunas veces la fase interna misma puede actuar como un emulsionante, y el resultado es una nanoemulsión – el estado interno se dispersa en gotitas de tamaño nanométrico dentro de la fase externa. Un ejemplo conocido de este fenómeno ocurre cuando el agua se vierte en una bebida de alto contenido alcohólico basado en anís, como el ouzo, el pastis o el raki. Los componentes anisólicos, que son solubles en etanol, forman gotitas de tamaño nanométrico y emulgen dentro del agua. El color de esta bebida diluida es opaco y lechoso. Los emulsificantes son los que, producida la emulsión, se sitúan en su mayor parte en la “interfase”. En el caso de las emulsiones asfálticas que estudiaremos a continuación, la parte hidrofóbica se dirige hacia el asfalto y su parte polar hacia el agua. Con estos emulsificantes iónicos las partículas adquieren cargas eléctricas del mismo signo, repeliéndose entre ellos y estabilizando al sistema.

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TIPOS DE EMULSIONES Podemos decir que a la ciencia de las emulsiones le interesan las moléculas grandes y los sistemas macroscópicos subdivididos muy finamente, ya sea mono- o multi-fásicos. En base a esto podemos mencionar que existen dos tipos de emulsiones: - Emulsiones formadas por macromoléculas en solución (sistemas de una fase) - Emulsiones formadas por materia finamente dividida (sistema de 2 o más fases)

Las emulsiones también las podemos dividir en: - Liofílicas: si a la partícula le gusta el solvente - Liofóbicas; si a la partícula no le gusta el solvente. Si el medio es agua, entonces: - Liofílico = Hidrofílico y, Liofóbico = Hidrofóbico. Las emulsiones liofílicas son verdaderas soluciones (desde el punto de vista termodinámico), por lo que no es fácil hablar de la superficie de la emulsión. Por el contrario, para emulsiones liofóbicas, debido a la diferencia de fases entre las partículas en la emulsión y el medio donde se encuentran dispersas, no existe ningún problema para definir la superficie de la emulsión. Por lo tanto, el concepto de superficie sólo es aplicable a sistemas multifásicos. Con respecto a la fase dispersa característica de la emulsión estas se pueden clasificar en directas, inversas ó múltiples. Las emulsiones directas son aquellas en las que la fase dispersa es una substancia lipofílica (grasa o aceite) y la fase continua es hidrofílica (normalmente agua). Estas emulsiones suelen denominarse L/H o O/W. Ejemplos son además de las emulsiones bituminosas, la leche, la mayonesa, algunos tipos de pinturas, y muchos productos alimentarios y fitosanitarios. Las emulsiones inversas por el contrario son las que la fase dispersa es una substancia hidrofílica y la fase continua es lipofílica. Estas emulsiones suelen denominarse con la abreviatura H/L o W/O. (Como ejemplos pueden citarse las margarinas, fluidos hidráulicos y la mayoría de las cremas cosméticas) Finalmente las emulsiones múltiples son las que como fase dispersa contiene una emulsión inversa y la fase continua es un líquido acuoso. Estas emulsiones se conocen como H/L/H o W/O/W. (Este tipo de emulsiones es utilizado básicamente en farmacia, al permitir obtener una liberación retardada de los medicamentos).

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ESTABILIDAD DE FUNCIONES Las emulsiones liofílicas, como forman una verdadera solución, son estables indefinidamente, mientras que las emulsiones liofóbicas, como a ellos les disgusta el solvente, tratan de separarse en dos fases con el fin de reducir la energía libre superficial de Gibbs, volviéndose inestables. Para una emulsión, mientras mayor área superficial tenga la dispersión (i.e. mientras más pequeñas sean las partículas), mayor será la energía libre superficial de Gibbs, por lo tanto, las emulsiones liofílicas son termodinámicamente estables, mientras que las emulsiones liofóbicas son termodinámicamente inestables. Debido a que existen diferentes tipos de estabilidad, aquí nos concentraremos en la estabilidad respecto a la separación de fases. Esta inestabilidad significa que las partículas se comienzan a unir formando partículas más grandes llamados agregados. Podemos definir un sistema estable como aquel en que las pequeñas partículas en la emulsión están uniformemente distribuidas en el medio continuo y así permanecen conforme transcurre el tiempo. Existen dos procesos diferentes mediante los cuales se agregan las partículas en la emulsión: la floculación o coagulación y la coalescencia. 

Floculación o Coagulación: Proceso mediante el cual dos partículas se unen para formar partículas más grandes. En este proceso no se pierde la identidad de las partículas originales. En este caso no hay reducción en el área superficial total, sólo se imposibilitan algunos sitios activos.

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Coalescencia: Proceso mediante el cual dos o más partículas se funden para formar una partícula más grande. En este caso, el área superficial total es reducida y se pierde la identidad de las partículas originales.

La estabilización de los sistemas coloidales se puede lograr fundamentalmente por dos mecanismos diferentes: 

Estabilización por Carga Eléctrica: Esta se obtiene colocando una carga eléctrica neta en la superficie de las partículas y por pura repulsión electrostática se estabiliza la dispersión.

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Estabilización Estérica: Esta se obtiene absorbiendo moléculas de polímeroen la superficie de las partículas, ya que cuando dos partículas con polímero colocadas en su superficie se aproximan una a otra, éstas se repelen mutuamente debido a un aumento en la concentración de monómero en la región de traslape; este aumento en la concentración produce una presión osmótica que hace que se separen las cadenas poliméricas.

PROPIEDADES DE LAS EMULSIONES Sus propiedades más importantes son su utilidad y el aspecto que ofrecen al consumidor, ya sea éste el industrial o el consumidor final. Las propiedades que son más evidentes y por lo general más importantes son: facilidad de dilución (de ordinario con agua, aunque acaso sea con algún disolvente selectivo), viscosidad, color, estabilidad y, si se forma la emulsión en el lugar donde se usa finalmente, su facilidad de formación. Para un tipo dado de emulsificación, estas propiedades dependen de lo siguiente: 1º. Las propiedades de la fase continua 2º. La relación entre la fase interna y la externa 3º. El tamaño de partícula de la emulsión 4º. La relación entre la fase continua y las partículas (incluso las cargas iónicas) 5º. Las propiedades de la fase discontinua. En una emulsión determinada, las propiedades dependen del líquido que forme la fase externa, o de si la emulsión es oleoacuosa o hidrooleosa. El tipo de emulsión que resulte depende: 1º. Del tipo, cantidad y calidad del emulsivo 2º. De la razón entre ingredientes 3º. Del orden en que se añaden los ingredientes al mezclarlos.

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La dispersabilidad (solubilidad) de una emulsión es determinada por la fase continua; si la fase continua es hidrosoluble, la emulsión puede ser diluida con agua, si la fase continua es oleosoluble, la emulsión se puede disolver en aceite. La facilidad con que se puede disolver una emulsión se puede aumentar si se reduce la viscosidad de la emulsión. La viscosidad de una emulsión cuando hay exceso de fase continua es virtualmente la viscosidad de dicha fase. Al aumentar la proporción de la fase interna aumenta la viscosidad de la emulsión hasta un punto en que la emulsión deja de ser líquida. Cuando el volumen de la fase interna sobrepasa el de la externa, se aglomeran las partículas de la emulsión y la viscosidad aparente es parcialmente viscosidad estructural. Teóricamente, el volumen máximo, que puede ser ocupado por partículas esféricas uniformes en la fase dispersa de una emulsión es 74% del volumen total. Se pueden preparar emulsiones que tengan hasta 99% de la fase interna. En estos casos hay considerable deformación en comparación con la forma ordinaria de partículas de la fase dispersa. Se puede regular la viscosidad de una emulsión de la siguiente manera: a) Para reducir la viscosidad: 1º. Se aumenta la proporción de la fase continua, 2º. Se reduce la viscosidad de la fase continua, 3º. En las suspensiones, se agregan agentes de actividad superficial para aumentar la lubricación. b) Para aumentar la viscosidad: 1º. Se agregan espesadores, como geles de jabones, gomas y gel de alúmina a la fase continua, 2º. Se aumenta la proporción de la fase interna, 3º. Se reduce el tamaño de partícula de la emulsión o se reduce la aglomeración de las partículas existentes, 4º. Se incorpora aire en estado de división fina como tercera fase. Una dificultad más importante con que se tropieza en estas formulaciones es que en las variables condiciones de almacenamiento varía la estructura del gel y con frecuencia fragua el producto y se vuelve semi sólido de manera que no puede fluir. La estabilidad de una emulsión depende de los siguientes factores: el tamaño de partícula, la diferencia de densidad de ambas fases, la viscosidad de la fase continua y de la emulsión acabada, las cargas de las partículas, la naturaleza, la eficacia y cantidad del emulsivo, y las circunstancias de almacenamiento, o sea, las temperaturas altas y bajas, la agitación y vibración, la dilución o evaporación durante el almacenamiento o el uso.

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Puesto que las partículas de una emulsión están suspendidas libremente en un líquido, obedecen a la ley de Stokes si no están cargadas. Para muchos fines industriales la definición de estabilidad incluye forzosamente la no coalescencia de las partículas de la emulsión y la no sedimentación. La incorporación de aire en una emulsión puede tener como consecuencia la reducción notable de la estabilidad. El tamaño y la distribución de tamaños de las partículas de una emulsión son gobernados por la cantidad y la eficacia del emulsivo, el orden de la mezcladura y la clase de agitación que se haga. Si se reduce poco a poco el tamaño de las partículas de la emulsión, varían el color y el aspecto de ésta. Se presentan excepciones en lo tocante al aspecto y el color de las emulsiones cuando se agregan colorantes y pigmentos y cuando ambas fases tienen índices de refracción similares. En este último caso se forma una emulsión transparente sea cual fuere el tamaño de la partícula. Se puede disminuir el tamaño de partícula por los siguientes medios: 1º. Aumentando la cantidad de emulsivo 2º. Mejorando el equilibrio hidrófilo-lipófilo del emulsivo 3º. Preparando la emulsión mediante la inversión de fases para obtener una " fase interna extendida " 4º. Mediante mejor agitación La conductividad eléctrica de una emulsión depende de la conductividad de la fase continua. La facilidad de formación es modificada en mayor grado por la eficiencia y la cantidad del emulsivo y por las propiedades inherentes de ambas fases.

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Las Emulsiones Asfálticas En el caso de emulsiones asfálticas, que son las emulsiones principales en la rama de la ingeniería los líquidos no miscibles son el agua y el asfalto. Adicionalmente se tiene el emulgente el cual se deposita en la interface entre el agua y el asfalto y estabiliza la emulsión; éste depende del tipo de emulsión que se requiera.

HISTORIA Las emulsiones del tipo asfáltico aparecieron en el mercado a principios del siglo XX en diferentes lugares y con usos muy diversos. A principios de 1900 (en 1905) se empleó por primera vez una emulsión asfáltica en la construcción de carreteras en la ciudad de Nuev York; la emulsión utilizada es del tipo aniónica y se empleó en lugar de los usuales caminos fabricados con material pétreo, como una alternativa para evitar el polvo cuando transitaban los vehículos. En 1914 el estado de Indiana comenzó a realizar trabajos de reparación de caminos empleando estas emulsiones aniónicas. En ese mismo año, en Hamburgo, Alemania, se construyó una carpeta asfáltica con un tratamiento superficial de varias capas, empleando una emulsión estabilizada la cual reacciona activamente con la arcilla del substrato pétreo. Las emulsiones aniónicas se comenzaron a emplear en Europa en 1925. En la fabricación de éstas se aprovecharon los ácidos nafténicos contenidos en el asfalto para que actuaran como el agente emulsificante en el momento de agregar agua con sosa cáustica al sistema y someterlo a una vigorosa agitación. Las emulsiones asfálticas catiónicas aparecieron en Europa en 1953 y en Estados Unidos hasta 1958. Aparentemente, su aplicación inicial en la construcción de caminos coincidió con la aparición de nuevos productos químicos tenso-activos en el mercado, los cuales tienen, adicionalmente, otros usos como en el campo de las pinturas, en la industria petrolera, en la industria textil, etc. Al principio, tales emulsiones se usaron únicamente en la construcción de tratamientos superficiales, como riego de liga y de sello. Al reconocerse la ventaja de las emulsiones catiónicas sobre las aniónicas y los rebajados, se inició la búsqueda de un emulsificante que produjera una emulsión de rompimiento lento, capaz de mezclarse con una granulometría para base o para carpeta.

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En 1973, los países árabes, poseedores de la mayoría del petróleo mundial, aumentaron el valor del barril de petróleo crudo resultando afectados los derivados del mismo, entre ellos los solventes empleados en los asfaltos rebajados; esto provocó un incremento en el uso mundial de las emulsiones asfálticas. Los países con mayor producción de emulsiones asfálticas son, en orden de importancia: Estados Unidos, Francia, España y Japón. Entre estos cuatro países se fabrica un 40% aproximadamente de la producción mundial de emulsión asfáltica, que se estima actualmente próxima a los dieciséis millones de toneladas, de la que más del 85% es del tipo catiónico.

TIPOS DE EMULSIONES ASFALTICAS Las emulsiones asfálticas pueden ser clasificadas de acuerdo al tipo de emulgente usado. En este caso podemos hablar de dos tipos, aniónicas y catiónicas las cuales están explicadas con anterioridad. Respecto a la estabilidad de las emulsiones asfálticas, éstas se pueden clasificar en los siguientes tipos:  De Rompimiento Rápido: Estas se utilizan para riegos de liga y carpetas por el sistema de riegos (con excepción de la emulsión conocida como ECR-60), la cual no se debe utilizar en la elaboración de estas últimas.  De Rompimiento Medio: Estas normalmente se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de finos es menor o igual al 2%, así como en trabajos de conservación tales como bacheos, renivelaciones y sobrecarpetas.  De Rompimiento Lento: Estas se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta y para estabilizaciones asfálticas.

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ROMPIMIENTO DE EMULSIONES ASFALTICAS Cuando uno usa emulsiones asfálticas, es necesario tener control sobre la estabilidad de la emulsión, o sea, se tiene que poder controlar el rompimiento de la misma. Pasado un tiempo determinado, el cual depende de la situación en particular que se esté trabajando, las emulsiones tienen que desestabilizarse para que el asfalto se deposite como una capa sobre el material pétreo. Este fenómeno de rompimiento o ruptura de la emulsión ocurre debido a la carga eléctrica que tiene el material pétreo. La carga que tiene el material pétreo neutraliza la carga de las partículas de asfalto en la emulsión, permitiendo que se acerquen unas a otras para formar agregados de gran tamaño; estos agregados son los que se depositan sobre el material pétreo formando una capa asfáltica. Durante este proceso el agua es eliminada del sistema asfalto-pétreo. En el proceso de desestabilización, la emulsión como va perdiendo agua, pasa por una emulsión inversa en donde el asfalto forma la fase continua y el agua la fase discreta, o sea que se forman pequeñas gotas de agua en el interior del asfalto, las cuales posteriormente, cuando se deposita la capa de asfalto, son eliminadas.

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En general, los factores que influyen en la ruptura de la emulsión aniónica son la evaporación de la fase acuosa, la difusión del agua de la emulsión y la absorción superficial de una parte del emulsificante en el material pétreo. La ruptura de la emulsión catiónica se produce por la absorción de la parte polar del emulgente por los agregados, provocando la ruptura de la emulsión y haciendo que las partículas del asfalto se adhieran inmediatamente a las partículas del material pétreo, aun en presencia de humedad. En la figura 6 podemos observar el proceso de ruptura de una emulsión en tres pasos: primero se observa la emulsión, enseguida cuando se inicia el rompimiento y después cuando se produce la ruptura completa y queda el material pétreo cubierto por el asfalto. La forma de rompimiento de las emulsiones asfálticas catiónicas, en la mayoría de los casos, mejora la adherencia y permite una mejor distribución de la mezcla dentro de la masa del agregado pétreo; adicionalmente permite proseguir los trabajos de asfaltado en regiones con climas húmedos o durante una temporada de lluvias, garantizando la apertura de caminos al tránsito en un corto período de tiempo.

VENTAJAS DE LAS EMULSIONES ASFALTICAS Ventajas que tienen las emulsiones asfálticas sobre los asfaltos rebajados y las mezclas asfálticas en fundido (en caliente). 1. Es un ligante asfáltico no contaminante ni peligroso, ya que contiene del 35 al 40% de agua como solvente. 2. Su manejo es sencillo y seguro, gracias a su baja viscosidad a temperatura ambiente. 3. Tiene un límite de almacenamiento y es muy amplio, ya que puede ser almacenado por semanas o meses, debido entre otras cosas a la igualdad de las densidades de sus componentes. 4. Tiene una gran adhesión con cualquier agregado pétreo, a pesar de condiciones de humedad adversas debido a la enorme dispersión de las partículas de asfalto de tamaño muy pequeño y al uso de agentes emulsificantes de tipo catiónico. 5. Se aplica en un lapso muy corto de tiempo, lo que permite la pronta funcionalidad de la obra en que se esté usando. 6. Presenta un bajo costo de la fase dispersante, que es el agua. 7. Se emplean materiales pétreos locales, lo que elimina la transportación de este tipo de materiales por grandes distancias. 8. El equipo de aplicación es mucho más sencillo debido a que todos sus componentes se aplican a temperatura ambiente. 9. Por su aplicación en frío, ayuda a no alterar el medio ambiente y queda suprimida la emisión de humos o gases. 10. El empleo del agua como solvente no crea problema de su desperdicio, ya que es recuperable.

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USOS DE EMULSIONES ASFALTICAS CATIÓNICAS El asfalto es un importante material termoplástico que es ampliamente usado en la construcción y sus usos se hacen extensivos a las emulsiones asfálticas catiónicas, entre los que destacan: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Usos generales. Juntas para pavimentos hidráulicos. Adhesivos. Selladores. Impermeabilizantes. Recubrimiento de tubería especial. Para tratamientos superficiales, para pavimentos asfálticos, carreteras y aeropistas: - Riegos de impregnación. - Riegos de imprimación o penetración. - Riegos negros con emulsión diluida. - Riegos de liga. - Riegos de sello con arena o gravilla seleccionada. 8. Morteros asfálticos 9. Bacheo. 10. En la masa o mezcla asfáltica, para carreteras y aeropistas. 11. Mezcla cerrada y mezcla abierta. 12. Grava - emulsión y arena – emulsión. 13. Penetración. 14. Impregnación.

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PROCESO DE FABRICACION Las emulsiones bituminosas se fabrican en plantas que normalmente en España tienen una capacidad de producción de 5.000 a 25.000 Tons/año. Poseen depósitos de almacenamiento de materias primas y productos acabados (las emulsiones), sistemas de calentamiento para los ligantes y el agua, y el equipo de fabricación, normalmente un molino coloidal. Suelen ser plantas discontinuas que disponen de tanques intermedios en donde se prepararan las dos fases, bituminosa y acuosa, previamente a su inyección mediante un dosificador de caudal regulable, en el molino coloidal. Existen también plantas continuas donde los componentes son dosificados de forma independiente y se van mezclando en línea antes de su entrada al molino coloidal.

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Un aspecto básico en la fabricación son las temperaturas de las dos fases que componen la emulsión. La fase ligante (betún y fluidificantes) debe calentarse hasta alcanzar una viscosidad mínima que permita su bombeo y cizallamiento en el molino. Por su parte la fase acuosa debe calentarse hasta una temperatura que no provoque un choque térmico excesivo en el contacto con la fase betún a la entrada al molino, tampoco no debe sobrepasar la suma de las temperaturas de las fases los 200ºC para evitar la ebullición del agua. La presencia de vapor de agua en el molino ocasiona cavitaciones del mismo y provoca roturas parciales de la emulsión. Con los betunes más empleados habitualmente estas premisas nos llevan a trabajar a una temperatura de entre 120 y 150ºC para la fase betún, y entre 30 y 60ºC para la fase acuosa. Las emulsiones fabricadas con betunes muy duros o betunes modificados requieren aumentar la temperatura de la fase betún hasta 180-190 ºC y hasta 70-80 ºC la de la fase acuosa. Cuando esto ocurre es necesario que todo el sistema de fabricación esté bajo presión, generalmente de unos 2-3 Kg/cm2, y disponer de un sistema de enfriamiento rápido mediante un intercambiador de calor a la salida del molino que evite la evaporación del agua de la emulsión.

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ENSAYOS A EMULSIONES ASFALTICAS Por estar las emulsiones asfálticas constituidas por fases continua y discontinua, es indispensable conocer su comportamiento durante el tiempo y es por eso que los ensayes tendientes a medir la calidad de dichas emulsiones se agrupan para definir la composición, (destilación y carga de partícula), consistencia (viscosidad) y estabilidad (demulsibilidad, sedimentación y mezcla cemento). 

DESTILACION

El ensaye de destilación se usa para determinar las proporciones elativas de cemento asfáltico y agua presentes en la emulsión. Algunos grados de asfalto emulsificado, también contienen aceites; la destilación entrega información acerca de la cantidad de este material en la emulsión. También este ensayo permite analizar el residuo mediante ensayes adicionales como, penetración, solubilidad y ductilidad, que son descritos en los cementos asfálticos. El Procedimiento de ensaye es muy similar al descrito para asfaltos cortados. Una muestra de 200 gr de emulsión se destila a 260ºC. La diferencia al destilar una emulsión es que se usa un recipiente de hierro y anillos quemadores en vez de un matraz de vidrio y mechero Bunsen. El equipo esta diseñado para evitar los problemas que pueden originarse con la formación de espuma al calentar la emulsión. La temperatura final de destilación de 260ºC se mantiene durante 15 min. Con el objeto de obtener un residuo homogéneo. Los grados medio y rápido de las emulsiones catiónicas pueden incluir aceite en el destilado, cuya cantidad máxima está limitada por especificaciones. El material destilado, se recibe en una probeta graduada, incluye tanto el agua como el aceite presentes en la emulsión. Ya que estos dos materiales se separan, las cantidades de cada uno de ellos pueden determinarse directamente en la probeta graduada.

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CARGA DE PARTICULA

El ensaye de carga de partícula se hace para identificar las emulsiones catiónicas de rotura rápida y media. Se materializa sumergiendo un par de electrodos, positivo (ánodo) y negativo (cátodo), conectados a una fuente de corriente eléctrica continua, en una muestra de emulsión. Luego de 30 minutos, o cuando la intensidad de corriente decrece 2 miliamperios, se observan los electrodos y se determina cual tiene una capa apreciable de asfalto depositado. Si está en el cátodo, estamos en presencia de una emulsión asfáltica catiónica.

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VISCOSIDAD

Se utiliza el ensaye Saybolt-Furol, para medir la consistencia de las emulsiones asfálticas. Por conveniencia y precisión se usan dos temperaturas de ensaye, las cuales cubren el rango de trabajo. Estas temperaturas son 25º y 50ºC (77 ó 122ºF). Su elección depende de las características viscosas de la emulsión, según su tipo y grado. Para hacer el ensayo a 25ºC se calienta una muestra hasta la temperatura de ensayo, revolviéndola cuidadosamente. Se la vuelca a través de un colador en un tubo normalizado que tiene un orificio tapado. Se saca luego el tapón y se mide el tiempo que tardan en salir 60 ml de asfalto. Este intervalo de tiempos medidos en segundos, es la viscosidad de Saybolt Furol. Es obvio que cuanto más viscoso es el material, mayor es el tiempo que necesita un determinado volumen para fluir por el orificio. Por lo tanto un incremento en el número de viscosidad indica un aumento en la viscosidad de la emulsión. Para el ensayo a 50ºC, se debe calentar la muestra a 50ºC ± 3ºC y se la vuelca, colocándola, en el tubo. Se la lleva a la temperatura de ensayo, se saca el tapón y se cronometrea el tiempo, como ya se describió antes.

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DEMULSIBILIDAD O DEMULSIÓN

El ensaye de demulsibilidad indica la rapidez relativa a la cual los glóbulos coloidales de asfalto en las emulsiones del tipo rápido quebraran cuando se esparce en delgadas capas sobre un suelo o agregado. El cloruro de calcio hace que los diminutos glóbulos de asfalto presentes en las emulsiones asfálticas coagulen. En este ensaye, una solución de cloruro de calcio y agua se mezcla totalmente con la emulsión (muestra de 100gr), luego se coloca sobre un tamiz 1,4 mm para determinar cuantos glóbulos de asfalto coagulan y se lava. Al ensayar las emulsiones CRS se usa una solución de cloruro de calcio muy débil. Las especificaciones prescriben la concentración de la solución y la cantidad mínima de asfalto que debe ser retenida en el tamiz 1,4mm (Nº14). La cantidad de residuo asfáltico retenido nos da el grado de coalescencia. Se espera que estas emulsiones tengan un alto grado de demulsibilidad ya que se desea que quiebren inmediatamente al entrar en contacto con el agregado. 

SEDIMENTACION

El ensaye de sedimentación indica la tendencia de las partículas de asfalto a perder la estabilidad, durante el almacenamiento de la emulsión. Detecta la propensión de los glóbulos de asfalto a sedimentar durante el almacenamiento. Este ensayo sirve también como indicador de la calidad de la emulsión aun cuando esta no sea almacenada. Una falla en el ensaye de sedimentación indica que algo anda mal en el proceso de emulsificación. Se colocan dos muestras de 500 ml en sendos tubos de vidrio graduados y se los deja descansar tapados, durante 5 días. Luego se toman pequeñas muestras de las partes superior e inferior de cada tubo, se coloca cada muestra en un recipiente y se pesa. La muestra se calienta hasta que evapore toda el agua y luego se pesa el residuo. Los pesos obtenidos se usan para encontrar la diferencia entre el contenido de cemento asfáltico de las porciones superior e inferior del cilindro. Esto da una medida de la sedimentación.

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MEZCLA CON CEMENTO

El ensaye de mezcla de cemento representa, para las emulsiones lentas, lo mismo que el ensaye de demulsibilidad para las emulsiones rápidas. En este ensaye se mezcla una muestra de 100 ml de emulsión diluida con agua destilada hasta un 55% del residuo con cemento portland de alta resistencia inicial, revolviéndolos y luego se lava sobre un tamiz 1,4mm (Nº14) y se determina la cantidad de material retenido en el mismo. Las especificaciones generalmente limitan la cantidad de material que puede ser retenida sobre el tamiz. 

CAPACIDAD DE RECUBRIMIENTO Y RESISTENCIA AL AGUA

Este ensayo tiene un triple propósito. Su objetivo es determinar la capacidad de una emulsión asfáltica para; (1) cubrir totalmente el agregado, (2) soportar el mezclado sin que se rompa la película formada y (3) resistir la acción de lavado del agua cuando se completó el mezclado. Este ensayo principalmente, ayuda en la elección de emulsiones asfálticas apropiadas para mezclar con agregados gruesos calcáreos. Se cubre con polvo de carbonato de calcio el agregado elegido y se mezcla con la emulsión asfáltica. Se coloca aproximadamente la mitad de la mezcla sobre un papel absorbente para un examen visual de la superficie del agregado cubierta de emulsión asfáltica. Se lava con agua el resto de la muestra y se enjuaga hasta que el agua salga clara. Se coloca este material sobre un papel absorbente y se evalúa el recubrimiento. Se cubre otra muestra de agregado con polvo de carbonato de calcio y se mezcla con una cantidad de agua dada. Se agrega la emulsión asfáltica y se mezcla cuidadosamente. Se hacen las mismas evaluaciones ya vistas anteriormente.

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BIBLIOGRAFIA http://www.cepsa.com/ http://www.camineros.com/ http://146.83.190.52/docpublic/ApuntesCC/Inovacion%20Tecnologica%20en%20Asfalt o/Apunte_Ligante_Shell_Bitumen.pdf http://www.wikidepia.com/ http://www.ucn.cl/ http://www.textoscientificos.com http://www.elergonomista.com

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