Determinación de la energía superficial libre de cementos

REVISTA INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN VOL. 29 No. 2, AGOSTO DE 2009 (20-24)

Determinación de la energía superficial libre de cementos
asfálticos colombianos
Determining surface free energy for Colombian asphalts
Allex E. Alvarez-Lugo1 y Silvia Caro-Spinel2
RESUMEN

La energía superficial libre (ESL) de un material se define como la energía necesaria para crear una nueva unidad de superficie
encondiciones de vacío. Dicha propiedad está directamente relacionada con la resistencia a la fractura y recuperación (i.e.,
healing) de un material y con la capacidad de crear fuertes adhesiones con otros materiales. Adicionalmente, la calidad de la
adhesión entre un cemento asfáltico y un agregado se puede evaluar mediante la cuantificación del trabajo de adhesión entre
estos materiales. Este valor sepuede emplear como un parámetro complementario para la selección y combinación óptima de
materiales para mezclas asfálticas, así como en la modelación micromecánica de procesos de fractura y recuperación de dichas
mezclas. Este documento describe una técnica de medición de la ESL de cementos asfálticos basada en el uso de la placa de
Wilhelmy y reporta las primeras mediciones de ESL disponiblespara los cementos asfálticos producidos en las refinerías colombianas de Barrancabermeja y Apiay. Los resultados correspondientes y la ESL de diversos agregados fueron usados para analizar
las diferencias en el trabajo de adhesión de varias combinaciones de cemento asfáltico y agregado en condición seca. Dentro
de los materiales analizados, el mayor trabajo de adhesión fue el producido por elcemento asfáltico de Barrancabermeja. Los
resultados sugieren además que el efecto de un llenante mineral específico sobre la ESL del cemento asfáltico es particular para
cada ligante asfáltico. Dicho efecto no necesariamente conlleva al incremento de la ESL del sistema cemento asfáltico-llenante
mineral.
Palabras clave: cemento asfáltico, energía superficial libre, trabajo de adhesión, método de placade Wilhelmy, mezclas
asfálticas, pavimentos.
ABSTRACT

The surface free energy (SFE) of a material is defined as being the energy required in vacuum to create a new surface unit. This
property is directly related to a material’s fracture resistance and healing properties and to its capacity for creating strong bonds
with other materials. The quality of the adhesion between asphalt binders andaggregates can also be assessed by computing
these materials’ work of adhesion. This value can be used as an additional parameter for selecting and appropriately combining
materials for hot mix asphalt as well as a component of micromechanical models for fracture and healing within these mixtures.
This paper describes in detail a technique used for measuring the SFE of asphalts based on the Wilhelmyplate method and reports the first SFE measurements available for asphalts produced in the Colombian refineries of Barrancabermeja and Apiay.
Corresponding results, along with the SFE for different aggregates, were used for analysing differences in the work of adhesion
for different asphalt-aggregate combinations in dry conditions. Barrancabermeja asphalt produced the highest work of adhesionamongst the materials analysed here. The results also suggested that the effect of specific mineral filler on asphalt SFE is asphaltdependent; such effect does not necessarily lead to increasing the SFE for the corresponding asphalt-mineral filler system.
Keywords: asphalt, surface free energy, work of adhesion, Wilhelmy plate method, hot mix asphalt, pavement.
Recibido: agosto 12 de 2008
Aceptado:junio 3 de 2009

Introducción
Las mezclas asfálticas empleadas en estructuras de pavimento son
materiales porosos que resultan de la combinación de agregados
(i.e., roca triturada en variados tamaños y proporciones) y cemento asfáltico. La resistencia y durabilidad de una mezcla asfáltica depende en gran medida de la calidad de la adhesión entre el cemento asfáltico y los agregados. A su vez, la...