Diseño de nuevos materiales bituminosas con capacidad de auto-reparación para terminales portuarias. Proyecto SEAPORT

El grupo de polímeros y composites de la UC3M participa en un proyecto de investigación de i+D industrial (Self hEaling and resistant Asphalts for PORTs, SEAPORT) en el que se pretende desarrollar un nuevo tipo de pavimentos capaces de resistir las fuertes presiones de cargas estáticas y dinámicas características de terminales portuarias. Además, se pretende desarrollar un pavimento con propiedades de autoreparabilidad que permitan alargar la vida de las terminales y por lo tanto minimizar los gastos de mantenimiento. Se trata fundamentalmente de desarrollar  materiales con mezclas bituminosas que puedan ser empleados como una alternativa a los pavimentos de hormigón reforzado con fibras metálicas.

 

 El proyecto es llevado a cabo conjuntamente por 4 entidades: Universidad Carlos III de Madrid, Cepsa Comercial Petróleos SA, Eiffage Infraestructuras y la Universidad de Granada. El grupo de investigación de Polímeros y Composites de la Universidad Carlos III participa activamente en el desarrollo de la capacidad autoreparadora de las mezclas bituminosas empleadas para la preparación del pavimento.

Una de las limitaciones de los asfaltos es su oxidación por acción del oxígeno del aire y otros agentes ambientales. Las elevadas temperaturas de mezclado con los áridos para obtener el pavimento provocan que de hecho el fenómeno de envejecimiento se inicie ya de forma inmediata, y posteriormente es inducido por los diversos factores climáticos que inciden en los pavimentos. En otras palabras, el envejecimiento del asfalto es el resultado de la disminución del ratio malteno/asfalteno. La idea desarrollada en este proyecto es recuperar el ratio de hidrocarburos inicial difundiendo un rejuvenecedor con la ayuda de la irradiación mediante una fuente de microondas, regenerando de este modo las condiciones primigenias del asfalto. Para ello, en los laboratorios de la Universidad Carlos III se han preparado nuevas mezclas bituminosas añadiendo el rejuvenecedor encapsulado, y adicionando simultáneamente materiales absorbentes de microondas.


En los laboratorios de la Universidad Carlos III se han obtenido microcápsulas poliméricas (MCPs) de tamaños comprendidos entre 5 y 15 μm, tal como se muestra en la figura adjunta. La carcasa de las MCPs ha sido optimizada en lo posible para aguantar las condiciones térmicas y mecánicas de la construcción del pavimento para evitar su rotura prematura.

La cantidad de rejuvenecedor que se ha conseguido encapsular en las MCPs está comprendida entre el 60 y el 75% en peso de las mismas. La dispersión de las MCPs en el asfalto requiere de agitación y esfuerzos cortantes. Mediante microscopía confocal se ha comprobado la dispersión efectiva de las cápsulas. En la figura se muestra (derecha) como la dispersión lograda es completa, observándose cápsulas discretas embebidas en la matriz (las MCPs aparecen en negativo al ser menos luminiscentes que el propio asfalto).

 

 

 

 

 

 

 

 

El procedimiento de autoreparación consiste en irradiar con microondas el asfalto modificado, provocando la rotura de las MCPs y la liberación del rejuvenecedor. En la figura adjunta se observa cómo es posible romper la carcasa y liberar el malteno tras un período de irradiación breve (30 segundos) en un asfalto que contiene solo un 2% en peso de materiales absorbentes de microondas. En las figuras se ve claramente que el rejuvenecedor sale de la MCPs y se dispersa en el medio. Los estudios continúan analizando el efecto de la incorporación de las MCPs sobre el comportamiento reológico y mecánico del asfalto y su comportamiento en servcio.

 

  

Morfología de las MCPs

 

 

 

 

 

Imágenes de microscopia confocal de MCPs (izquierda) y MCPs en asfalto (derecha).

Microcapulas poliméricas rotas por microonda vistas por SEM.

Este trabajo se está realizando gracias a la financiación del Ministerio de Economía y Competitividad dentro del programa RETOS-COLABORACIÓN 2015, a través del proyecto RTC-2015-3742-4, titulado: “Self hEaling and resistant Asphalts for PORTs (SEAPORT)”. El proyecto cuenta con cofinanciación a cargo de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

Ministerio de Economía y Competitividad. Fondo Europeo de Desarrollo Regional