Avanzando en la Durabilidad del Asfalto

Publicado el | por Energeia Graphenemex

Avanzando en la Durabilidad del Asfalto:

Aprovechando el Potencial del Grafeno para Carreteras Sostenibles

La mayor parte de la infraestructura vial en el mundo está conformada por pavimento compuesto por un sistema complejo de asfalto, agregados y aglutinantes que interactúan en una interfaz que mantiene su resistencia y estabilidad estructural. De acuerdo con el Asphalt Institute, anualmente se producen 87 millones de toneladas de asfalto en todo el mundo, de las cuales, alrededor del 85% se utiliza en la industria de pavimentación que, si bien ofrece una gran capacidad de carga y durabilidad, es inevitable que el asfalto se dañe por la exposición constante a radiación, temperatura, humedad y tráfico.

Por otro lado, el deterioro del asfalto no solo afecta a una infraestructura de transporte básica para el desarrollo socioeconómico de la población, sino que también involucra impactos ambientales en términos de agotamiento de recursos y altas emisiones de CO2 causadas por las obras viales. Estos factores se suman a las razones para la constante búsqueda de tecnologías de modificación que aumenten la durabilidad y mejoren las propiedades mecánicas de los pavimentos mediante el uso de fibras, caucho; aditivos como elastómeros termoplásticos, resinas plásticas y sintéticas, polvo de hierro, cal hidratada o desechos de vidrio. Sin embargo, en algunos casos, la aplicación de estos productos pueden presentar problemas prácticos como condiciones especiales de preparación, poca estabilidad de almacenamiento, dificultad para mezclar en construcción y complejidad para compatibilizar dichos componentes con el sistema asfáltico.

Afortunadamente, las nanoestructuras de carbono como el grafeno y óxido de grafeno (GO) vuelven a aparecer en escena como propuestas de soluciones para estas problemáticas a partir de interesantes aportaciones al asfalto en cuanto a rigidez, antienvejecimiento, resistencia a la deformación y penetración; reducción en la aparición de surcos, mejor consistencia y capacidad de transferencia de calor; resistencia al deslizamiento e incluso, reducción en el esfuerzo necesario para la compactación durante su preparación.

Además, entre las ventajas del grafeno está que puede mezclarse con otras tecnologías modificadoras de asfalto como el polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de alta densidad (HDPE), tereftalato de polietileno (PET), poliestireno (PS), caucho granulado, escoria de horno, resinas epóxicas y, sobre todo, con el estireno-butadieno-estireno (SBS), el cual es uno de los polímeros más aceptados en la industrial del asfalto y con el cual, el óxido de grafeno (GO) gracias a su contenido de oxígeno promueve la absorción de aromáticos y saturados del SBS con una importante mejora en la respuesta de temperatura, adherencia y rigidez en el ligante.

Algunos de los métodos identificados que prometen simplificar la incorporación del grafeno en las mezclas asfálticas son:  

  1. Método de adición directa: el grafeno es incorporado al ligante asfáltico previamente fundido.  
  2. Método de adición indirecta: el grafeno y el aglutinante asfáltico se disuelven simultáneamente en una solución media para posteriormente formar una solución uniforme.
  3. Método de adición auxiliar: el grafeno se modifica químicamente con grupos funcionales o se adiciona en conjunto con otros agentes modificadores para posteriormente fundirse en el aglutinante asfáltico.

Aunque hasta el momento son pocas las empresas que han explorado al grafeno como aditivo mejorador del asfalto, la amplia investigación realizada a lo largo de la última década está ayudando a sentar las bases para comprender y proyectar el potencial de esta tecnología en beneficio de la industria de la pavimentación. Incluso, el pasado mes de febrero de 2024, la revista Infraestructures publicó los resultados del proyecto ECOPAVE fundado por la Unión Europea, el cual consistió en una prueba en campo con 5 años de duración realizada a lo largo de 1 km de tráfico pesado al sur de Roma, Italia. Para el estudio se colocaron cuatro secciones de pavimento asfáltico con y sin adiciones de polímeros modificados con grafeno. Transcurridos los 5 años de evaluación los investigadores reafirmaron el potencial del asfalto modificado con el polímero de grafeno como tecnología innovadora y factible para la pavimentación de carreteras de alto tráfico, gracias a que demostró valores de rigidez más altos a diferentes temperaturas, mejor comportamiento a la fatiga y mayor resistencia a la deformación que, en conjunto prometen una mayor vida útil, con una reducción importante en los gastos de mantenimiento.

En Energeia- Graphenemex® como líderes en el desarrollo de aplicaciones con grafeno tenemos la firme convicción de que, aunque aún hay trabajo por realizar, falta muy poco para poder disfrutar de los beneficios económicos y ambientales que esta maravillosa tecnología puede aportar no solo a nuestras calles y carreteras, sino a la sociedad.

Redacción: EF/DHS

Referencias

  1. Mechanism and Performance of Graphene Modified Asphalt: An Experimental Approach Combined with Molecular Dynamic Simulations. Case Studies in Construction Materials. 2023, 18, e01749;
  2. Properties and Characterization Techniques of Graphene Modified Asphalt Binders. Nanomaterials 2023, 13, 955;
  3. Analysis on the road performance of graphene composite rubber asphalt and its mixture. Case Studies in Construction Materials. 2022, 17, e01664;
  4. A complete study on an asphalt concrete modified with Graphene and recycled hard-plastics: A case study. Case Studies in Construction Materials. 2022, 17, e01437;
  5. Effect of Graphene Oxide on Aging Properties of polyurethane-SBS Modified Asphalt and Asphalt Mixture. Polymers 2022, 14, 3496;
  6. Mechanical Characteristics of Graphene Nanoplatelets-Modified Asphalt Mixes: A Comparison with Polymer- and Not-Modified Asphalt Mixes. Materials 2021, 14, 2434;
  7. Impact of Graphene Oxide on Zero Shear Viscosity, Fatigue Life and Low-Temperature Properties of Asphalt Binder. Materials 2021, 14, 3073;
  8. Experimental Investigation into the Structural and Functional Performance of Graphene Nano-Platelet (GNP)-Doped Asphalt. Appl. Sci. 2019, 9, 686;
  9. Modified Asphalt with Graphene-Enhanced Polymeric Compound: A Case Study. Infrastructures 2024, 9, 39.