3.2.(eng-esp)

Module 3. Sustainable Construction Materials

Introduction to Sustainable Construction

Daniel Castro Fresno

This lesson is published under the Licence:Creative Commons BY-NC-SA 4.0

Master in European Construction Engineering

Module 3. Sustainable Construction Materiales



Table of Contents

Sustainable aggregates and concretes. Sustainable bituminous mixtures. Basics of life cycle analysis. Case studies.

2




Sustainable bituminous mixtures

3




Introduction

Sustainable asphalt is one that allows to get one or more of the following advantages:

Low fuel consumption and reduced emissions.

Use of waste.

Methods to get a sustainable asphalt mixture.

Temperature of manufacture and compaction temperature.

Recycling (use of waste from the road).

Using steel and ash aggregates.

Using other waste (eg. ELT, plastic).4




Decrease of temperature

The main techniques for reducing manufacturing and laying of bituminous mixtures energy are:

Reducing the temperature of manufacture using:

Organic additives.

Chemical additives.

Foamed bitumen.

Emulsions.

Using rolled boulders to reduce internal friction and facilitatecompaction.

5




Types of bituminous mixtures by manufacturing temperature:

Hot mixtures: manufactured from bitumen at 150-180C and placed on site at 120-150C.

Warm mixtures: manufactured with foamed bitumen or withadditives at 120-140C and put on site at 100-120C.

Low energy mixtures: manufactured with foamed bitumen at 100C and placed on site at 60-80

Half-Warm mixture: manufactured by emulsion at 40-100C and placed there at room temperature.

Cold mixtures: manufactured by emulsion at ambienttemperature and placed on site at ambient temperature.

6




Organic additives reducing viscosity: paraffinic based compoundsused in warm mixtures to modify the binder viscosity-temperaturecurve.

Examples: Asphaltan B, RheofaltLT70, LicomontBS100, Sasobit

Chemical additives activating adhesiveness: facilitate the coating process and enable lowering the temperature of manufacture.

Examples: RevixTMWMA, RedisetTMWMX, Iterlow-T, CecabaseRT945

7




Main foaming bitumen techniques:

Double-BarrelGreen: injection of pulverized pressurized binder.

WAM-Foam: use of soft binder to coat aggregates and introduction of a foamed hard binder.

LTAsphalt: the binder is sprayed while hot and the filler is introduced moist.

ABE - Low Energy Asphalt, Lea: wet sand is added.

Evotherm: use of additives and emulsifiers.

Ecomac: heating a cold mixture.

Zeolites: aluminosilicate meshes with water (eg. Aspha-Min and AdeveraWMA).

8




Bitumen emulsions: dispersions of binder in water (in the form of small droplets, since they are immiscible with each other) achievedby the use of emulsifying agents of anionic or cationic character, which can be stored using fluidificators.

Using boulders: replacing 10% of the aggregate of a mixture byboulders (2/0 river sand) successfully reducing production and compaction energy within the marked requirements and improvingdurability.

9




Recycling pavements

Major pavement recycling techniques are:

On site recycling:

Cold: with emulsion or cement.

Hot: with emulsion.

Recycling being hot in center.

Spain allows the use as aggregate in the base and intermediate layers of a maximum of 10% of hot material from the millingasphalt without deformations.

Recycling is prohibited in roads with more traffic, being it possibleto use it in the rest, considering that recycling in hot providesbetter quality than recycling in cold.

10




Cold on-site recycling:

With emulsion: implementing a 6-12cm thick layer of asphaltwith aggregates from the milling of existing pavement (consisting of bituminous mixture and granular materials) mixed with emulsion, water and additives (up to 1% of lime or cement) which after compaction should reach 100% density of theProctor modified.

With cement: implementing a 20-30cm thick layer of "concrete" with aggregates from the milling of existing pavement (consisting of asphalt mix and granular materials) mixed with cement, water and, optionally, additives and contributionaggregate .

11




Hot on site recycling with emulsion:

Thermal trimming: heat the pavement surface (decompacted) trimming the surface (mix) and compact (it is not possible to provide materials but rejuvenate bitumen).

Thermal regeneration: heat the pavement surface (decompacted), trimming the surface (mix), remove part of the material, make a new layer and compact the group.

Thermal recycling (remixed on site): heat the pavement surface (decompacted), contribute material (first remove the neededamount), trim the surface (mix) and compact.

12




Hot recycling on center:

A hot recycled asphalt mixture is one containing from 10 to 50% of material from the milling, demolition or crushing of layers of aged asphalt mix pavement, with sizes below 25 mm.

A special study is mandatory if the materials are derived from bituminous mixtures with additives or additions (eg. fibers, rubber, etc.).

It is not possible to get high modulus mixes.

13




Blast Furnace Slag:

Crystallized slag: absorbs much binder.

Vitrified-granulated slag: used for granular layers (base, gravel-slag, soil cement).

Vitrified-pelleted slag: used for layers granulares (base).

Using steel slag and ash aggregates in roads

14




Electric Furnace Slag:

Black slag: result in asphalt mixtures with good rigidity and fatigue resistance, but have problems of adhesivenessaggregate-binder and sensitivity to freeze-thaw cycles.

White slag: as filler of bituminous mixture provide stiffness.

LD steel slag (procedure Linz-Donawitz): used in surface treatments, asphalt mixes, granular bases and sub-bases.

15




Ash from coal burning power plants.

Fly ash: suitable as filler in bituminous mixtures (good results).

Bottom ash: suitable as filler in bituminous mixtures in combination with lime (only for pavements with low traffic).

Ashes from the incineration of solid waste.

Fly ash: suitable as filler in bituminous mixtures, improve adhesiveness and have adequate stability.

Bottom ash: stabilized they could be used up to 10% in bituminous mixtures, avoiding the problem of leachates.

16




Operating other waste

ELT tyres: addition of rubber powder to bituminous mixes (particlessmaller than 1mm with less than 15% smaller than 0.063mm).

Wet method: obtaining rubber modified bitumen mixing at hightemperature the rubber powder with the bitumen (the result is more viscous, more elastic, less thermally susceptible, more resistant to plastic deformations and cracking, more durable butrequires stirring and high termperatures for a long time).

Dry method: addition of rubber powder directly into the mixer toget hot bituminous mixtures with rubber.

17




Plastic

Wet method: more widespread (primarily bottles and containers) but complex and expensive (bitumen loses properties).

Dry method: good stability results, plastic deformations and binderreduction (1% on mixture) but with great variability due to lack of homogeneity (do not pass technical specifications).

Glass:

Helps to obtain bituminous mixtures with good stability and high sensitivity to water but high wear and polish (not recommended for use in surface layers).

18




Cellulose fibers:

Possible to retain a greater amount of binder since it preventsrunoff, resulting in bituminous mixtures with high endowments, very durable and highly resistant to fatigue without plastic deformation.

19

Mdulo 3. Materiales de Construccin Sostenibles

Introduccin a la Construccin Sostenible

Daniel Castro Fresno

Este tema se publica bajo Licencia:Creative Commons BY-NC-SA 4.0





Tabla de Contenidos

ridos y hormigones sostenibles. Mezclas bituminosas sostenibles. Fundamentos del anlisis del ciclo de vida. Casos prcticos.

2




Mezclas bituminosas sostenibles

3




Introduccin

Una mezcla asfltica sostenible es aquella que permite obtener una o varias de las siguientes ventajas:

Menor consumo de combustibles y reduccin de emisiones.

Utilizacin de residuos.

Mtodos para obtener una mezcla asfltica sostenible.

Disminucin de temperatura de fabricacin y compactacin.

Reciclado (uso de los residuos procedentes de la carretera).

Uso de ridos siderrgicos y cenizas.

Utilizacin de otros residuos (ej. NFUs, plsticos).4




Disminucin de la temperatura

Las principales tcnicas de reduccin de energa de fabricacin y puesta en obra de mezclas bituminosas son:

Reducir la temperatura de fabricacin usando:

Aditivos orgnicos.

Aditivos qumicos.

Espumado de betn.

Emulsiones.

Uso de cantos rodados para reducir el rozamiento interno y facilitar la compactacin.

5




Tipos de mezclas bituminosas segn su temperatura de fabricacin:

Mezclas Calientes (Hot Mix): fabricadas con betn a 150-180C y puestas en obra a 120-150C.

Mezclas Semicalientes (Warm Mix): fabricadas con betn con aditivos o espumado a 120-140C y puestas en obra a 100-120C.

Mezclas de Baja Energa (Low Energy Mix): fabricadas con betn espumado a 100C y puestas en obra a 60-80C.

Mezclas Templadas (Half-Warm Mix): fabricadas con emulsin a 40-100C y puestas en obra a temperatura ambiente.

Mezclas Fras (Cold Mix): fabricadas con emulsin a temperatura ambiente y puestas en obra a temperatura ambiente.

6




Aditivos orgnicos reductores de la viscosidad: compuestos de base parafnica empleados en mezclas semicalientes para modificar la curva viscosidad-temperatura del ligante.

Ejemplos: Asphaltan B, RheofaltLT70, LicomontBS100, Sasobit

Aditivos qumicos activantes de la adhesividad: facilitan el proceso de envuelta y permiten rebajar la temperatura de fabricacin.

Ejemplos: RevixTMWMA, RedisetTMWMX, Iterlow-T, CecabaseRT945

7




Principales tcnicas de espumado del betn:

Double-BarrelGreen: inyeccin de ligante pulverizado a presin.

WAM-Foam: empleo de un ligante blando para envolver los ridos e introduccin de un ligante duro espumado.

LT-Asphalt: el ligante se pulveriza en caliente y el fller se introduce hmedo.

ABE Low Energy Asphalt, LEA: se aade arena hmeda.

Evotherm: uso de aditivos y emulsionantes.

Ecomac: calentamiento de una mezcla fra.

Zeolitas: mallas de aluminosilicatos con agua (ej. Aspha-Min y AdeveraWMA).

8




Emulsiones bituminosas: dispersiones de ligante en agua (en forma de pequeas gotas, dado que no son miscibles entre s) logradas mediante el uso de agentes emulsionantes de carcter aninico o catinico, que pueden llegar a ser almacenadas usando fluidificantes.

Uso de cantos rodados: sustitucin de un 10% del rido de una mezcla por cantos rodados (arena de ro 2/0) logrando reducir la energa de fabricacin y compactacin dentro de los requisitos marcados y aportando mejoras de durabilidad.

9




Reciclado de firmes

Las principales tcnicas de reciclado de firmes son:

Reciclado in situ:

En fro: con emulsin o con cemento.

En caliente: con emulsin.

Reciclado en central en caliente.

En Espaa se permite se permite el uso como rido en capas base e intermedias de un mximo del 10% de material procedente del fresado de mezclas bituminosas en caliente sin deformaciones.

El reciclado est prohibido en las carreteras con ms trfico, pudiendo utilizarse en el resto, considerando que el reciclado en caliente ofrece mejores calidades que el reciclado en fro.

10




Reciclado in situ en fro:

Con emulsin: ejecucin de una capa de 6 a 12 cm de espesor de mezcla asfltica con ridos procedentes del fresado de un firme existente (constituido por mezcla bituminosa y materiales granulares) mezclados con emulsin, agua y aditivos (hasta un 1% de cal o cemento), debiendo alcanzar tras la compactacin el 100% de la densidad del Proctor modificado.

Con cemento: ejecucin de una capa de 20 a 30 cm de espesor de hormign con ridos procedentes del fresado de un firme existente (constituido por mezcla bituminosa y materiales granulares) mezclados con cemento, agua y, eventualmente, aditivos y rido de aportacin.

11




Reciclado in situ en caliente con emulsin:

Termorreperfilado: calentar la superficie del pavimento (descompactar), reperfilar la superficie (mezclar) y compactar (no es posible aportar material pero si rejuvenecedor del betn).

Termorregeneracin: calentar la superficie del pavimento (descompactar), reperfilar la superficie (mezclar), retirar parte del material, aportar una nueva capa y compactar el conjunto.

Termorreciclado (remezclado in situ): calentar la superficie del pavimento (descompactar), aportar material (retirar previamente la cantidad necesaria), reperfilar la superficie (mezclar) y compactar.

12




Reciclado en central en caliente:

Una mezcla bituminosa caliente reciclada es aquella que contiene entre un 10 y un 50% de material procedente del fresado, demolicin o trituracin de capas de mezcla bituminosa de pavimentos envejecidos, con tamaos inferiores a los 25mm.

Se deber hacer un estudio especial si los materiales proceden de mezclas bituminosas con aditivos o adiciones (ej. fibras, caucho, etc.).

No es posible obtener mezclas de alto mdulo.

13




Escorias de Alto Horno:

Escoria cristalizada: absorbe mucho ligante.

Escoria vitrificada-granulada: sirve para capas granulares (bases, grava-escoria, suelo-cemento).

Escoria vitrificada-peletizada: sirve para capas ganulares(base).

Uso de ridos siderrgicos y cenizas en carreteras

14




Escorias de Horno elctrico:

Escoria negra: dan lugar a mezclas bituminosas con buena rigidez y resistencia a la fatiga pero presentan problemas de adhesividad rido-ligante y sensibilidad a ciclos hielo-deshielo.

Escoria blanca: como filler de una mezcla bituminosa aportan rigidez.

Escorias de acera LD (procedimiento Linz-Donawitz): usadas en tratamientos superficiales, mezclas bituminosas, bases y sub-bases granulares.

15




Cenizas procedentes de la quema de carbn en las centrales termoelctricas.

Cenizas volantes (fly ash): vlidas como filler en mezclas bituminosas (buenos resultados).

Cenizas de fondo (bottom ash): vlidas como filler en mezclas bituminosas en combinacin con cal (nicamente para pavimentos con poco trfico).

Cenizas procedentes de la incineracin de residuos slidos.

Cenizas volantes: vlidas como filler en mezclas bituminosas, mejoran la adhesividad y tienen una estabilidad adecuada.

Cenizas de fondo: estabilizadas podra utilizarse hasta en un 10% en mezclas bituminosas, evitando el problema de los lixiviados.

16




Utilizacin de otros residuos

Neumticos fuera de uso (NFUs): Incorporacin a mezclas bituminosas de polvo de caucho (partculas menores de 1mm con menos de un 15% inferior a 0,063mm).

Por va hmeda: obtencin de betunes modificados con caucho mezclando a alta temperatura el polvo de caucho con el betn (el resultado es ms viscoso, ms elstico, menos susceptible trmicamente, ms resistente a deformaciones plsticas y agrietamiento, ms duradero pero requiere agitacin y temperaturas muy altas durante mucho tiempo).

Por va seca: incorporacin del polvo de caucho directamente en la amasadora para obtener mezclas bituminosas en caliente con adicin de caucho.

17




Plsticos:

Por va hmeda: ms extendido (sobre todo con botellas y envases) pero complejo y costoso (el betn pierde propiedades).

Por va seca: buenos resultados de estabilidad, deformaciones plsticas y reduccin del ligante (1% sobre mezcla) pero con gran variabilidad debido a la falta de homogeneidad (no superan las especificaciones tcnicas).

Vidrio:

Permiten obtener mezclas bituminosas con buena estabilidad y sensibilidad al agua pero alto desgaste y pulimento (no se recomienda utilizarlo en capas superficiales).

18




Fibras de celulosa:

Permiten retener una mayor cantidad de ligante al evitar escurrimiento, resultando mezclas bituminosas con altas dotaciones, muy duraderas y con elevada resistencia a fatiga sin deformaciones plsticas.

19

TEMA 3 Dani es en 3.2Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19

TEMA 3. Dani 3.2Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19

Documents

3.2.(eng-esp)