Evaluación de la resistencia mecánica de una mezcla densa en caliente MDC-19 fabricada con un cemento asfáltico (CA) modificado con biocarbón (BC)

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Resumen

Population growth in the world has increased the generation of waste or biomass from agroindustrial activities. To reduce negative impacts on the environment, these biomasses can be treated and thermally decomposed through pyrolysis to convert them into Biochar (BC), which is a material that shows interesting properties and is compatible with asphalt binders. In the present study, an Asphalt Cement CA (Asphalt Cement - AC) reference 60-70 (due to its degree of penetration) was initially modified with a BC obtained from oil palm shell – PKS (BC-PKS). This modified asphalt binder was named CA-BC. For the modification, 10% of BC-PKS was used with respect to the total mass of the binder. Conventional physical characterization tests were carried out on CA 60-70 and CA-BC (penetration, viscosity, softening point, ductility, among others). Scanning electron microscope (SEM) visualizations were performed on the BC-PKS and the CA-BC. In a second phase of the study, a Hot Dense Mixture MDC-19 (HMA-19) was manufactured using the CA-BC (called HMA-BC mixture) and its performance was evaluated by carrying out tests under monotonic loading (Marshall and tensile strength indirect – ITS in dry condition – ITSD and wet – ITSW) and cyclical (Resilient Modulus – RM, permanent deformation and fatigue under controlled stress). The Cantabro test was also performed and the Tensile Strength Ratio (TSR) was calculated. The results were compared with those obtained on a Control mixture (HMA made with unmodified CA 60-70). ANOVA analyzes of variance were performed to evaluate whether BC-PSK generated significant changes in the properties of HMA-BC. As a general conclusion, it is reported that BC-PKS is a promising modifier of asphalt binders that tends to increase their rigidity. Likewise, the CA-BC generated a HMA-BC with greater stiffness under cyclic loading (RM) and greater resistance to permanent deformation, moisture damage, abrasive wear and fatigue compared to the Control mixture. This better performance was achieved without the need to: i) increase the optimal asphalt binder content (OAC), ii) change the volumetric composition of the HMA, iii) increase the mixing and compaction temperatures.

Descripción

El crecimiento de la población en el mundo ha aumentado la generación de residuos o biomasas provenientes de actividades agroindustriales. Para disminuir los impactos negativos al medio ambiente, estas biomasas pueden ser tratadas y descompuestas térmicamente mediante pirólisis para convertirlas en Biocarbón (BC), el cual es un material que muestra propiedades interesantes y compatibles con ligantes asfálticos. En el presente estudio, inicialmente se modificó un Cemento Asfáltico CA (Asphalt Cement - AC por sus siglas en ingles) de referencia 60-70 (por su grado de penetración) con un BC obtenido de cáscara de palma aceitera – PKS (BC-PKS). Este ligante asfáltico modificado fue denominado CA-BC. Para la modificación se utilizó 10% de BC-PKS con respecto a la masa total del ligante. Sobre el CA 60-70 y el CA-BC fueron realizados ensayos de caracterización física convencional (penetración, viscosidad, punto de ablandamiento, ductilidad, entre otros). Se realizaron visualizaciones con microscopio electrónico de barrido (SEM) en el BC-PKS y el CA-BC. En una segunda fase del estudio fue fabricada una Mezcla Densa En Caliente MDC-19 (HMA-19) empleando el CA-BC (denominada mezcla HMA-BC) y se evaluó su desempeño realizando ensayos bajo carga monotónica (Marshall y resistencia a la tracción indirecta – ITS en condición seca – ITSD y húmeda – ITSW) y cíclica (Módulo Resiliente – RM, deformación permanente y fatiga bajo esfuerzo controlado). También se realizó el ensayo Cantabro y se calculó el Relación de resistencia a la tracción (TSR). Los resultados fueron comparados con aquellos obtenidos sobre una mezcla de Control (HMA fabricada con el CA 60-70 sin modificar). Fueron realizados análisis de varianza ANOVA para evaluar si el BC-PSK generó cambios significativos en las propiedades de la HMA-BC. Como conclusión general se reporta que el BC-PKS es un promisorio modificador de ligantes asfálticos que tiende a aumentar su rigidez. Asimismo, el CA-BC generó una HMA-BC con mayor rigidez bajo carga cíclica (RM) y mayor resistencia a la deformación permanente, al daño por humedad, al desgaste por abrasión y a la fatiga en comparación con la mezcla de Control. Este mejor desempeño se logró sin necesidad de: i) aumentar el contenido óptimo de ligante asfáltico (OAC), ii) cambiar la composición volumétrica de la HMA, iii) aumentar las temperaturas de mezcla y compactación.

Palabras clave

Biocarbón, Mezcla asfáltica en caliente, Cáscara de palma africana, Palma africana, Asfalto modificado, Mezcla asfáltica modificada

Materias

Maestría en Infraestructura Vial -- Tesis y disertaciones académicas , Resistencia de materiales , Impacto ambiental -- Investigaciones , Mezclas de asfalto -- Investigaciones

Citación