Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MODIFIER FOR IMPROVING THE BEHAVIOR OF BITUMINOUS MIXTURES USED IN ROAD PAVING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/049091
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a modifier for improving the behavior of bituminous mixtures used in road paving. Said modifier disperses easily in any given proportion and provides improved properties in comparison with traditional bituminous mixtures. The modifier according to the invention consists of a heavy fraction of a concentrated polymeric dispersion obtained from oil refining operations, to which filling materials such as those used as fillers in the production of bituminous mixtures for roads are added. In addition to said three basic components, (polymer, heavy fraction and filling material), the modifier can also contain other components favoring the mixture such as adherence promoters. Said components are mixed in equipment such as those used to compose rubber.

Inventors:
Paez Dueñas, Antonio (Portal 2 - 1?o¿C Calle Holanda, 4 Pozuelo de Alarcón, E-28224, ES)
Tercero Lopez, José María (Portal 4 - 6?o¿B Villafranca, 17 Madrid, E-28028, ES)
Montero Carnerero, Enrique (Cisneros, 87 Santander, E-39007, ES)
Hoppen, Hendrikus Johannes (Balchstraat 43 WB Groningen, NL-9728, NL)
Wortelboer, Johannes Petrus (Veenvoort 2 TB Anderen, NL-9465, NL)
Application Number:
PCT/ES1999/000039
Publication Date:
August 24, 2000
Filing Date:
February 16, 1999
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
DYNASOL ELASTOMEROS, S.A. (Paseo de la Castellana, 257-1?a¿ Planta Madrid, E-28046, ES)
REPSOL PETROLEO, S.A. (Pº de la Castellana, 278 Madrid, E-28046, ES)
ESHA HOLDING B.V. (Hoendiep 316 CH Groningen, NL-9704, NL)
Paez Dueñas, Antonio (Portal 2 - 1?o¿C Calle Holanda, 4 Pozuelo de Alarcón, E-28224, ES)
Tercero Lopez, José María (Portal 4 - 6?o¿B Villafranca, 17 Madrid, E-28028, ES)
Montero Carnerero, Enrique (Cisneros, 87 Santander, E-39007, ES)
Hoppen, Hendrikus Johannes (Balchstraat 43 WB Groningen, NL-9728, NL)
Wortelboer, Johannes Petrus (Veenvoort 2 TB Anderen, NL-9465, NL)
International Classes:
E01C7/26; C04B26/26; C08K3/00; C08K5/00; C08L7/00; C08L23/08; C08L23/16; C08L53/02; C08L91/00; C08L95/00; C09J153/02; (IPC1-7): C08L95/00; C08L53/02; C08K3/00
Domestic Patent References:
WO1996015193A11996-05-23
Foreign References:
US5032640A1991-07-16
US3890263A1975-06-17
EP0718373A11996-06-26
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 08 29 September 1995 (1995-09-29)
Attorney, Agent or Firm:
Davila Baz, Angel (Clarke, Modet and Co. Avenida de los Encuartes, 21 Tres Cantos, E-28760, ES)
Download PDF:
Claims:
1. REIVINDICACIONES Un modificador para mejorar el comporta miento de las mezclas bituminosas usadas en la pavimentación de carreteras, que se dispersa fácilmente en cualquier proporción en las mezclas bituminosas y conduce a que estas últimas presenten propiedades mejoradas con respecto a las mezclas bituminosas tradi cionales, caracterizado porque comprende : de 10 a 75% en peso de un polímero seleccionado del grupo consistente en caucho natural, copolímeros de etilenoacetato de vinilo, copolímeros de etileno y propileno, cauchos sintéticos del tipo (AB) n ó (AB) nA en donde n es igual o superior a 1, A corresponde a cadenas de poliestireno y B corresponde a cadenas de polibutadieno o poliisopreno, pudiendo ser estos cauchos de arquitectura lineai o radial, de estructura bloque, bloque parcial o azar, hidrogenados o no, y mezclas de tales polímeros en cualquier proporción; de 10 a 75% en peso de una fracción pesada derivada de operaciones de refino de petróleo y seleccionada del grupo consistente en betún, procedente de las unidades de destilación a vacío, de las unidades de desasfaltado o de las unidades de visbreaking; medium neutral y heavy neutral procedentes de la unidad de vacío de lubricantes; bright stock procedente de la unidad de desasfaltado; extractos de heavy y bright stock procedentes de la unidad de furfural; y mezclas de tales fracciones en cualquier proporción; de 1 a 75% en peso de una carga mineral seleccio nada del grupo consistente en cemento Portland de cualquier grado, polvo mineral procedente de canteras de árido calizo, carbonato calcico industrial, basalto, cuarcita, cenizas volantes, talco y mezclas de tales cargas en cualquier proporción; y opcionalmente aditivos promotores de la adhesividad Un modificador según la reivindicación 1, caracterizado porque el porcentaje del polímero o mezcla de polímeros es de 20 a 70%.
2. Un modificador según la reivindicación1, caracterizado porque el porcentaje de carga mineral o mezcla de cargas minerales es de 5 a 70%.
3. Un modificador según la reivindicación 1, caracterizado porque los promotores de la adhesividad se eligen del grupo consistente en monoaminas, diaminas, triaminas, amidoaminas, imidazolinas, ramificadas o no, procedentes de los ácidos grasos que contengan al menos 10 átomos de carbono, solas o mezcladas entre si en cualquier proporción,"tall oil"o colofonia.
4. Un modificador según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el porcentaje del promotor o mezcla de promotores de adhesividad es de 0 a 5%.
5. Un procedimiento para la preparación de un modificador según las reivindicaciones 1 a 5, caracteri zado porque comprende mezclar el polímero o polímeros, la fracción o fracciones pesadas, las cargas y, opcionalmente, los otros aditivos, y grancear la mezcla resultante.
6. Un procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la mezcla se realiza en mezcladores de rodillos, cámara interna, extrusoras, tanto de husillo simple como múltiple, u otros.
7. Uso del modificador según las reivindica ciones 1 a 6 en mezclas bituminosas empleadas en la pavimentación de carreteras, para impartir una mayor cohesión a la mezcla bituminosa, así como para mejorar la resistencia a las deformaciones plásticas de la misma.
8. Uso según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho modificador se incorpora en la mezcla bituminosa en una cantidad tal que el porcentaje del polímero referido al betún total de la mezcla está comprendido entre 1 y 10%, dispersándose directamente en la mezcla asfáltica según procedimientos convencionales.
9. Uso según las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado porque dicho modificador se incorpora en mezclas bituminosas en caliente para pavimentar carreteras.
10. Una mezcla bituminosa para pavimentar carreteras, caracterizada porque comprende un modificador como el descrito en las reivindicaciones 1 a 5 ó como el obtenido en las reivindicaciones 6 y 7.
Description:
MODIFICADOR PARA MEJORAR EL COMPORTAMIENTO DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS USADAS EN LA PAVIMENTACION DE CARRETERAS Objeto de la invención Esta invención se relaciona con un modificador para mejorar el comportamiento de las mezclas bituminosas usadas en la pavimentación de carreteras.

Estado de la técnica Como es sabido, la necesidad de contar con mezclas bituminosas para carreteras con mejor comporta- miento que las convencionales ha llevado a la adición a las mismas de diferentes sustancias.

Así, es bien conocido en el Estado de la Técnica de pavimentación de carreteras el uso de mezclas bituminosas a las que se añaden fibras. Estas fibras suelen ser amianto, celulosa, de naturaleza acrílica, etc. En la Patente US 3.864.157 se ilustra el uso de amianto en los pavimentos de carreteras. Un ejemplo del uso de fibras plásticas se encuentra en los"Proceedings of the Second International Rilem Conference"publicados por E&FN Spon (1993). El objetivo de estas prácticas es doble : -Por un lado, se pretende conseguir mayor cohesión en la mezcla de tal forma que se tenga un alto contenido en huecos sin disgregación de la misma; -El otro objetivo es poder fabricar mezclas de muy bajo espesor con altos contenidos de betún para evitar rápidos envejecimientos y un rápido agotamiento por fatiga.

Uno de los principales inconvenientes de estas prácticas consiste en que se disminuye apreciablemente el rendimiento de la Planta de fabricación de mezcla bituminosa, ya que es necesario

una adición muy lenta de la fibra para evitar su aglomeración.

Otro de los inconvenientes que presenta la adición de fibras es que se trata de un producto hetero- géneo con respecto al betun, que no forma mástico con el mismo, por lo que es necesario añadir una gran cantidad para que sea efectiva. Adicionalmente, y en muchos casos, el betún no moja adecuadamente a la fibra por lo que se han detectado problemas de adhesividad.

Otra alternativa consiste en el uso de diferentes polímeros con bajo punto de fusión que se homogeneicen con el betún durante la fabricación de la mezcla. Un ejemplo de esta técnica puede encontrarse en la Solicitud de Patente Europea 81 40 0820. Sin embargo, esta práctica necesita, igual que en el caso de las fibras, de grandes cantidades de polímero y largos tiempos de amasada. Si los tiempos de amasada se acortan se obtienen productos muy heterogéneos y dificiies de compactar.

La tercera alternativa consiste en la utilización de betunes modificados previamente con polímeros. Esta alternativa, profusamente utilizada, presenta como inconveniente la necesidad de proveer a la Planta de Fabricación de Aglomerado de un depósito adicional y mantenerlo a alta temperatura. Para que esta práctica sea rentable, es necesario utilizar grandes cantidades de betún modificado. Además, es necesario utilizar sistemas muy compatibles para evitar la separación de fases durante el almacenamiento del betún.

Asimismo, la fabricación de betún modificado con polímeros supone instalaciones complicadas y costosas lo que significa una desventaja adicional.

Por tanto, sería deseable disponer de un modificador para tales mezclas bituminosas que resolviera satisfactoriamente los inconvenientes del

estado de la técnica anteriormente indicados.

Objeto de la invención El objeto de esta invención es un modificador para mezclas bituminosas, que se dispersa fácilmente en cualquier proporción en las mismas y que conduce a propiedades mejoradas con respecto a las mezclas bituminosas tradicionales.

Ventajas de la invención Una de las ventajas del modificador según la invención es que se presenta y almacena en forma de granulos. Otra ventaja del modificador objeto de esta invención es que se dispersa fácilmente en la mezcla bituminosa con lo que se evitan los tiempos elevados de dispersión y la necesidad de usar un depósito adicional calorifugado. Otra ventaja del modificador según la invention es que no se aglomera en la mezcla bituminosa durante su fabricación, con lo que se evitan elevados tiempos de producción.

Por tanto, el modificador según la invención presenta las siguientes ventajas : -al presentarse en forma de granulos y dispersarse fácilmente en la mezcla bituminosa, permite su adición en cualquier proporción según la necesidad del pavimento en cada punto de aplicación; -al dispersarse fácilmente, no se necesitan grandes depósitos de almacenamiento calorifugados, práctica obligada cuando se utilizan otros modificadores, lo que se traduce en un proceso mucho más económico; -la utilización de este producto supone una mejora de propiedades con respecto a otras mezclas bituminosas.

Descripción de la invención

En un primer aspecto, la invención proporciona un modificador constituido por una dispersion concentrada de un polímero en una fracción pesada procedente de operaciones de refino de petróleo, en presencia de cargas como las utilizadas en la fabricación de mezclas bituminosas para carreteras.

Además de estos tres componentes fundamentales (polímero, fracción pesada y cargas), el modificador según la invención puede contener otros que convenga a la mezcla, tales como promotores de la adhesividad.

Estos componentes se mezclan en equipos como los utilizados para componer caucho.

Más particularmente, y según dicho primer aspecto, la invención proporciona un modificador para mejorar el comportamiento de las mezclas bituminosas usadas en la pavimentación de carreteras, caracterizado porque comprende : -de 10 a 75% en peso de un polímero seleccionado del grupo consistente en caucho natural, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno y propileno, cauchos sintéticos del tipo (A-B) n ó (A-B) n-A en donde n es igual o superior a 1, A corresponde a cadenas de poliestireno y B corresponde a cadenas de polibutadieno o poliisopreno, pudiendo ser estos cauchos de arquitectura lineal o radial, de estructura bloque, bloque parcial o azar, hidrogenados o no, y mezclas de tales polímeros en cualquier proporción; -de 10 a 75% en peso de una fracción pesada derivada de operaciones de refino de petróleo y seleccionada del grupo consistente en betún, procedente de las unidades de destilación a vacío, de las unidades de desasfaltado o de las unidades de visbreaking; medium neutral y heavy neutral procedentes de la unidad de vacío de lubricantes; bright stock procedente de la unidad de desasfaltado; extractos de heavy y bright stock procedentes de la unidad de furfural; y mezclas de

tales fracciones en cualquier proporción; -de 1 a 75% en peso de una carga mineral seleccionada del grupo consistente en cemento Portland de cualquier grado, polvo mineral procedente de canteras de árido calizo, carbonato calcico industrial, basalto, cuarcita, cenizas volantes, talco y mezclas de tales cargas en cualquier proporción; y -opcionalmente aditivos promotores de la adhesividad.

En relación con el componente polimérico del modificador según la invención, el mismo se emplea preferentemente en cantidades comprendidas entre 20 y 70% en peso y, como ya se ha indicado, este componente puede consistir en mezclas de los polímeros anteriormente citados.

Respecto al componente de fracción pesada del modificador según la invención, no es necesario utilizar los compuestos tal y como salen de las unidades de operaciones de refino de petróleo anteriormente citadas.

Muchas veces puede ser conveniente mezclar uno ^ más componentes. Así y a efectos ilustrativos y no limitati- vos, un asfalto de desasfaltado puede ser mezclado con un extracto de bright stock para obtener un producto adecuado como fracción pesada.

Las cargas utilizadas en el modificador según la invención, pueden ser cualquiera de las que se utilizan en las mezclas para carreteras. Una de las características que deben poseer estas cargas es que se tamicen al 100% por el tamiz UNE de 0,08 mm. A este respecto, son adecuadas las cargas anteriormente indica- das, solas o mezcladas entre ellas en cualquier propor- ción. El porcentaje en el que la carga mineral se usa en el modificador según la invención está comprendido preferiblemente entre 5 y 70%. Se ha descubierto que si la carga mineral tiene un porcentaje alto de poros, la dispersión del producto en la mezcla bituminosa es mas

rápida.

La utilización de las cargas presenta dos ventajas : -Prevenir la aglomeración de los granulons durante su almacenamiento; y -Formar un mástico previo entre la carga y parte del ligante.

Como ya ha sido expuesto, aparte de los tres componentes principales, el modificador según la inven- ción puede incluir, si se desea, aditivos mejoradores de la adhesividad, tal como aquellos que se adicionan a los betunes de las mezclas bituminosas. Como mejoradores de la adhesividad se pueden citar, por ejemplo, monoaminas, diaminas, triaminas, amidoaminas o imidazolinas, ramifi- cadas o no, procedentes de los ácidos grasos que conten- gan al menos 10 átomos de carbono, solas o mezzladas entre si en cualquier proporción. Como ejemplos no limitativos se citan la diamina de sebo en la que la cadena alquilada presenta de 16 a 18 átomos de carbono, la amidoamina del ácido resínico y la imidazolina del ácido resínico. Asimismo se pueden usar el"tall oil"y la colofonia. El porcentaje en que estos aditivos se usan en el modificador según la invención esta comprendido entre 0 y 5% en peso.

En un segundo aspecto, la invención proporciona un procedimiento para la preparación del modificador anteriormente descrito que comprende añadir los componentes de la formulación independientemente al equipo de mezclado, o bien preparar previamente una mezcla seca ("dry blend") con todos o parte de los ingredientes de la mezcla final; la preparación de esta mezcla seca previa se puede realizar en cualquiera de los equipos o sistemas habitualmente utilizados en la industria, tales como mezcladores de paletas o hélices, tambores, etc.

Para la obtención de la mezcla final que

constituye el modificador según la invención, se pueden utilizar, en las condiciones adecuadas, cualquiera de los procesos o sistemas de mezclado normalmente empleados en la industria del caucho. Estos procesos pueden ser continuos o discontinuos.

Como procedimientos discontinuos se consideran los equipos de rodillos, mezcladores internos, etc, donde se realiza el mezclado de los ingredientes.

Posteriormente, la masa obtenida se descarga generalmente a una extrusora equipada con los sistemas necesarios, con objeto de obtener una granza.

En el proceso de mezclado, la adición de los componentes puede realizarse bien independientemente, o bien partiendo de una mezcla seca que contenga todos los ingredientes del modificador en la concentración deseada. La temperatura de trabajo a utilizar para la preparación del modificador puede variar, en función de la composición del mismo, entre 80 y 200°C. Para el proceso de granulado del producto, el rango de temperaturas a emplear puede variar entre 80 y 150°C. Con respecto a los tiempos de mezclado, se considerarán los criterios básicos para la fabricación de compuestos de caucho.

Como procedimientos continuos se consideran principalmente los procesos de extrusión con equipos tanto de mono como de múltiples husillos, siendo mas aconsejables los equipos de doble husillo por su mayor capacidad de mezclado, con lo que se puede obtener un producto mas homogéneo. La adición de los componentes a la extrusora puede realizarse según el procedimiento descrito para los mezcladores discontinuos. Además, se puede realizar también la adición de uno o varios componentes a lo largo de la longitud de la extrusora que, en determinados tipos de mezcla o concentraciones relativas de sus componentes, puede suponer una mejora

en la calidad de la composición o una mayor facilidad de procesado.

La relación longitud/diámetro (L/D) de ia extrusora puede variar entre 15 y 40 dependiendo si es de husillo simple o múltiple, interesando mayor longitud en los de un solo husillo para asegurar la adecuada calidad de la mezcla. En el caso de extrusoras de un solo husillo, la relación de compresión del husillo puede estar comprendida entre 1 : 2 y 1 : 5. Cuando se empleen extrusoras de husillo múltiple, éstos tendrán una o varias zonas de cizalla con una longitud total que puede variar entre 1 y 6 diámetros dependiendo de la composición y las demás condiciones de mezclado. El perfil de temperaturas a emplear en la extrusora puede variar entre 80 y 200°C.

Para el granceado de la mezcla se pueden emplear los procedimientos de enfriado del cordón de la extrusora por baño de agua y posterior secado y granceado en una cortadora diseñada para materiales blandos, o bien, y preferiblemente, se pueden usar los equipos de corte en cabeza con los que se obtiene una distribución del tamaño de la granza mas homogénea.

Una vez obtenido el modificador, este se adiciona a la mezcla bituminosa para carreteras en el momento de su fabricación. Típicamente, se puede incorporar a través del sistema de adición de"filler"o por cualquier otro dispositivo adecuado que se haya montado en las plantas. Tanto las temperaturas como los tiempos de amasada son los convencionales en la preparación de estas mezclas.

En un tercer aspecto, la invención proporciona una mezcla bituminosa para carreteras que incorpora el modificador antes descrito, para impartir una mayor cohesión a la mezcla bituminosa, así como para mejorar la resistencia a las deformaciones plastics de la misma.

El porcentaje a utilizar del modificador de la invención en la mezcla bituminosa es variable, aunque lisicamente se añade a la mezcla bituminosa en una cantidad tal que el porcentaje de polímero referido al betún zotal de la mezcla esta comprendido entre 1 y 10%.

Las mezclas para pavimentar carreteras en las cuales se puede incorporar el modificador de la invención pueden ser cualquier mezcla bituminosa en cliente, ejemplos no limitativos son mezclas de tipo densas, semidensas, abiertas, drenantes o discontinuas.

Para la extensión y compactación de este tipo de mezclas no es necesario ningún tipo de maquinaría especial y puede realizarse con cualquiera de los tipos convencionales.

La presente invención se ilustra ahora a través de los siguientes ejemplos no limitativos.

Ejemplo 1 En una extrusora de doble husillo se adiciona una mezcla seca obtenida en mezclador de paletas que tiene la siguiente composición : -35% de un elastómero termoplástico de estireno- butadieno SBS de estructura radial de peso molecular (promedio en peso, Mw) 255000 y contenido en estireno del 30%, -35% de extracto de Bright Stock, y -30% de cemento Portland tipo CEM II.

La mezcla se prepara a una temperatura de 100°C y con una velocidad de husillos de 75 rpm. El extruido obtenido se enfría, se seca y se corta para obtener granza.

Seguidamente y con fines comparativos, se preparan tres mezclas drenantes según la especificación del Ministerio Español para Carreteras. Una de ellas modificada al 8% con el modificador según la invención

anteriormente obtenido; otra con betún modificado con un 5% de copolímero termopiástico de estireno y hutadieno (SBS) equivalente al de este ejemplo; y otra a la que se le añadió, en el momento de su preparación, un 2% de fibra de celulosa comercial recomendada para estas aplicaciones La granuiometria de los áridos utilizada en todos los casos era la misma y el porcentaje de betún final en la mezcla se ajustó al 5%.

Sometidas ambas mezclas al ensayo Cántabro (NLT 362), la mezcla a la que se le había adicionado el modificador de la invención presentaba unas pérdidas del 5%, mientras que la fabricada con el betún modificado presentaba pérdidas del 18% y la fabricada con fibras tenía pérdidas del 20%.

Las dos primeras mezclas fueron sometidas a un ensayo de deformación ("cyclic creep test") bajo las siguientes condiciones : Temperatura de ensayo 40 °C Presión 400 kPa Tiempo de acondicionamiento 0,2 s Tiempo de reposo 0,8 s Después de repetir 7200 cargas, la deformación de la mezcla que contenía el modificaador de la invención era de 1,5% mientras que la mezcla que contenía el betún modificado presentaba una deformación de 2,0%.

Ejemplo 2 En una extrusora de doble husillo se adiciona una mezcla seca obtenida en mezclador de paletas de la siguiente composición : -35% de un elastómero termoplástico de estireno- butadieno SBS de estructura radial de peso molecular

(promedio en peso, Mw) 110000 y contenido en estireno del 30%, -35% de extrac, o de Bright Stock, y -30% de cemento Portland tipo CEM II.

La mezcla se prepara a una temperatura a 90°C y con una velocidad de husillos de 125 rpm. El extruído obtenido se enfría, se seca y se corta para obtener granza.

Seguidamente se preparan tres mezclas finas discontinuas tipo F10 según la especificación del Ministerio Español para Carreteras (Ministerio de Fomento. Dirección General de Carreteras. Orden Circular 322/97) : una modificada al 5% con la composición obtenida en este ejemplo; otra con betún modificado con un 3% de un SBS equivalente; y otra a la que se añadió un 1% de una fibra de celulosa comercial adecuada para este uso.

La granulometría de los áridos empleados en todos los casos era la misma y el porcentaje de betún final en la mezcla se ajustó al 5,5%.

Sometidas ambas mezclas al ensayo en Pista de Laboratorio (NLT 173), la mezcla a la que se le había adicionado el modificador de la invención presentaba una velocidad de deformación de 4 m/min, mientras que la preparada con el betún modificado presentaba una veloci- dad de deformación de 8 pm/min y la preparada con fibra presentaba una deformación de 12 m/min.