El presente trabajo se centra en el estudio de la influencia de la estructura/composición del betún sobre la compatibilidad del sistema betún/SBS. Cuatro betunes denominados A17, A570, M18 y M172, provenientes de dos crudos distintos han sido seleccionados, y sus mezclas han sido utilizadas para preparar betunes modificados con contenidos de SBS respecto al betún del 3% en peso. Con objeto de establecer las prestaciones de los betunes modificados se han realizado medidas de viscosidad, penetración y temperatura de reblandecimiento en función del tiempo de almacenamiento a temperaturas elevadas.

Finalmente la estabilidad de los sistemas modificados se discute en términos de la estructura y composición de los betunes utilizados en su preparación

Aguirre de Carcer, I.

Ayala, Mercedes

González Prolongo, Margarita

Masegosa Fanego, Rosa María

Páez, Antonio

Salom Coll, Catalina

Sánchez Cabezudo, Marta

Viñas Sánchez, María Teresa

Archivo Digital UPM

Compatibilidad de Betunes Modificados con SBS: Influencia de la Estructura del Betún

Servicio de Coordinación de Bibliotecas de la Universidad Politécnica de Madrid

 MATERIALES COMPUESTOS 13 1 
 
  
  
  
Compatibilidad de Betunes Modificados con SBS: 
Influencia de la Estructura del Betún 
 
I. Aguirre de Carcer, M.T. Viñas, M. Sánchez-Cabezudo, R.M. Masegosa, 
E.U.I.T. Aeronáutica, Universidad Politécnica de Madrid (España) 
C. Salom, M. G. Prolongo, 
E.T.S.I. Aeronáuticos, Universidad Politécnica de Madrid (España) 
A. Páez, M. Ayala 
Repsol CTR 28931 Móstoles Madrid (España) 
 
 
RESUMEN 
 
El presente trabajo se centra en el estudio de la influencia de la estructura/composición 
del betún  sobre la compatibilidad del sistema betún/SBS. Cuatro betunes denominados  
A17, A570, M18 y  M172,  provenientes de dos crudos distintos han sido seleccionados, 
y sus mezclas han sido utilizadas para preparar  betunes modificados con contenidos de 
SBS respecto al betún del 3% en peso. Con objeto de establecer las prestaciones de los 
betunes modificados se han realizado medidas de viscosidad, penetración y temperatura 
de reblandecimiento en función del tiempo de almacenamiento  a temperaturas elevadas. 
Finalmente la estabilidad de los sistemas modificados se discute en términos de la 
estructura y composición de los betunes utilizados en su preparación. 
 
PALABRAS CLAVE: Betún modificado, SBS, estabilidad. 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
Los betunes modificados con polímeros (BMP) se emplean ampliamente en la 
pavimentación de carreteras con tráfico intenso o con temperaturas extremas. En 
términos generales, los asfaltos modificados con polímero mejoran sus propiedades, 
aumentando la resistencia a la deformación permanente a temperaturas relativamente 
elevadas sin que esto suponga el deterioro de sus propiedades a bajas temperaturas. 
Todos los BMP comerciales, denominados compatibles, son heterogéneos a escala 
microscópica, aunque la inspección de los mismos a simple vista indique 
homogeneidad. La morfología de dichos sistemas se corresponde con una fase rica en 
polímero, constituida por el polímero hinchado en los componentes aromáticos ligeros 
del betún, dispersa en una fase enriquecida en asfaltenos sólidos. Uno de los polímeros 
más utilizados en la fabricación de BMP es el copolímero estireno-butadieno-estireno 
(SBS). La naturaleza bifásica de estos sistemas es la clave de la mejora en sus 
propiedades al ser comparados con el betún puro.  
En la literatura existen numerosos trabajos  dedicados a investigar la estabilidad y la 
morfología de sistemas BMP [1-3], sin embargo son escasos los estudios dedicados a 
establecer la influencia de la estructura del betún sobre la compatibilidad de los mismos 
[3]. Por esta razón en el presente trabajo se analizará la influencia del tipo de betún 
utilizado en la fabricación de betunes modificados con SBS. Se han utilizado cuatro 
2 MATERIALES COMPUESTOS 13 
betunes denominados arabia (A) y maya (M) de diferente procedencia, A17, A570, M18 
y  M172 que convenientemente mezclados se utilizaran como base para la preparación 
de las mezclas con SBS. La concentración de polímero se ha fijado en 3% en peso 
respecto al  betún, utilizándose azufre como agente vulcanizador para aumentar la 
compatibilidad del sistema. La estabilidad y las propiedades físicas: viscosidad, 
penetración y temperatura de reblandecimiento, han sido determinadas en función del 
tiempo de almacenamiento a elevada temperatura. Los resultados obtenidos serán 
analizados en función de la estructura y composición de los betunes utilizados.  
 
2. EXPERIMENTAL 
 
2.1 Materiales 
La Figura  1 muestra el procedimiento establecido en la preparación de los betunes  para 
la obtención de betunes modificados a partir de los betunes originales, A17, A570, M18 
y  M172 suministrados por REPSOL.   
 
 
Fig. 1. Procedimiento seguido en la preparación de los betunes utilizados 
 
Para clarificar la nomenclatura utilizada se indica que el número que acompaña a los 
betunes originales corresponde con el valor de la penetración, por tanto A17, hace 
referencia a un betún de origen arabia que tiene un valor de la penetración de 17 dmm. 
Los betunes nombrados con las siglas M//A indican con cifras el contenido de betún 
M100 y A100 utilizado en su preparación; así, un betún M20/A80 se corresponde con el 
preparado con un 20% en peso de betún M100 y un 80% en peso de betún A100. Las 
propiedades físicas tales como, viscosidad, penetración y temperatura de 
reblandecimiento de los betunes aparecen citadas en Tabla 1. Como se puede observar 
todos los betunes utilizados en las preparaciones con SBS, M100, M80/A20, M60/A40, 
M40/A60, M20/A80 y A100, tienen parecidos valores de la penetración y del punto de 
reblandecimiento y varían significativamente en los valores de la viscosidad. 
El SBS utilizado, denominado comercialmente calprene 411, es un copolímero en 
estrella que contiene el 30% en peso de estireno y el 70 % en peso de butadieno con un 
peso molecular promedio en peso MW =3·103, de acuerdo con el suministrador. El 
azufre utilizado es comercial y ha sido suministrado por REPSOL. 
 
2.2 Preparación de las muestras 
Las mezclas betún-SBS han sido preparadas utilizado un agitador de alta cizalla. El 
tamaño de cada muestra ha sido de 500g  y la temperatura de preparación 190ºC. Una 
vez que el betún adquiría la apariencia de un fluido, el SBS era añadido lentamente 
 MATERIALES COMPUESTOS 13 3 
 
hasta alcanzar un contenido del 3% en peso respecto al betún manteniendo la agitación a 
5000 rpm durante 5.5 horas. A continuación se procedía a adicionar una mezcla azufre + 
ZnO para producir la vulcanización parcial de los dobles enlaces de los bloques de 
butadieno presentes en la estructura del SBS. Esta operación se prolongaba durante 30 
min manteniendo el mismo nivel de agitación. La concentración de azufre en cada caso 
ha sido 0.05%  en peso respecto al betún, manteniéndose S/ZnO=1.5 en todos los casos.   
 
Betún Penetración 
a
 
25 ºC; 0.1 mm 
Punto de reblandecimiento b 
(ºC) 
Viscosidad c 
(135 ºC; Pa·s) 
M172 172 44 0.22 
M18 18 66 1.65 
A17 17 61 1.02 
A570 570 30 0.96 
A100 100 45 0.27 
M100 100 44 0.35 
M80/A20 104 45 0.31 
M60/A40 104 45 0.30 
M40/A60 103 44 0.29 
M20/A80 103 45 0.28 
aEN 1426; bEN 1427; cEN 12595:2007 
 
Tabla 1. Propiedades físicas de los betunes utilizados 
 
2.2 Métodos de análisis y estabilidad 
Tanto los betunes de base como los betunes modificados con SBS han sido 
caracterizados mediante los siguientes ensayos: penetración (EN1426), punto de 
reblandecimiento (EN1427) y viscosidad (EN12595:2007). Las medidas de viscosidad 
se han realizado en un viscosímetro Brookfield, modelo RVD-III a T=135ºC. Los 
ensayos de estabilidad se han llevado a cabo en tubos metálicos de 32mm de diámetro y 
160mm de altura rellenos con las mezclas betún-SBS vulcanizadas. Una vez 
transcurridas 72 horas en posición vertical a T=160ºC, cada una de los tubos se enfriaba 
en la nevera y se procedía a extraer la muestra mediante el pelado del tubo. Cada 
muestra era cortada en frio obteniéndose tres secciones equivalentes, determinándose 
posteriormente las temperaturas de reblandecimiento de las secciones superior e inferior. 
Las micrografías de fluorescencia fueron obtenidas a temperatura ambiente con un 
microscopio Leika modelo DM1000 utilizando una longitud de onda de excitación en el 
intervalo de 390-490 nm y una magnificación100x. 
 
3. RESULTADOS 
 
3.1 Caracterización del betún 
El modelo más aplicado para representar la estructura del betún es el modelo coloidal 
[4]. Según este modelo el betún es un coloide constituido por micelas sólidas formadas 
por asfaltenos peptizados por resinas, dispersas en una matriz malténica constituida 
fundamentalmente por saturados y aromáticos. Con el fin de evaluar los contenidos de 
las cuatro fracciones constituyentes del betún, saturados, aromáticos, resinas y 
asfaltenos, se ha realizado el fraccionamiento SARA y los resultados obtenidos se 
muestran en la Figura 2. Como se puede observar los betunes de origen maya poseen un 
4 MATERIALES COMPUESTOS 13 
contenido de asfaltenos superior al de los betunes arabia, al mismo tiempo que muestran 
un contenido de aromáticos más bajo. Al analizar  la compatibilidad con el SBS esta 
circunstancia es negativa, dado que el polímero añadido al betún interacciona 
principalmente con los aromáticos presentes en la matriz malténica hinchándose, hasta 
alcanzar un grado de hinchamiento de equilibrio  que depende de la estructura del 
polímero, de la concentración y de la temperatura. Esta situación provoca que la matriz 
malténica en contacto con el polímero hinchado se enriquezca en asfaltenos peptizados y 
por tanto se espera que un betún sea más compatible con el polímero cuanto mayor sea 
su contenido de aromáticos y más bajo el contenido de asfaltenos.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig 2. Fraccionamiento SARA para los betunes maya, arabia y sus mezclas 
 
En la Figura 2 es posible apreciar un cambio gradual en la relación 
aromáticos/asfaltenos que disminuye al pasar del betún A100 al M100. Esta 
circunstancia permite analizar la influencia de la estructura del betún en la 
compatibilidad de los sistemas betún-SBS que será discutida en el próximo apartado. 
 
3.2 Sistemas betún-SBS 
Las mezclas betún-SBS fueron caracterizadas y sus propiedades físicas se encuentran 
recogidas en la Tabla 2.  La Figura 3 aporta los resultados de los ensayos de estabilidad 
realizados en estos sistemas. En la Tabla 2 no aparecen los valores para el betún M100 
dado que durante el proceso de mezclado con el SBS se produjo la gelificación de la 
mezcla lo que impidió su preparación. Por otro lado, los resultados mostrados permiten 
observar que el enriquecimiento de las mezclas en betún maya provoca un 
endurecimiento de las mezclas betún-SBS  que presentan valores más bajos de la 
penetración, al mismo tiempo que provoca un aumento notable de la viscosidad y de la 
temperatura de reblandecimiento, estos factores  repercuten negativamente en la puesta 
en servicio de este tipo de betunes modificados.  
 
 MATERIALES COMPUESTOS 13 5 
 
 
Betún Penetración  25 ºC; 0.1 mm 
Punto de reblandecimiento  
(ºC) 
Viscosidad  
(135 ºC; Pa·s) 
A100 75 62 0.986 
M20/A80 73 60 1.065 
M40/A60 71 61 1.180 
M60/A40 64 66 1.280 
M80/A20 60 76 1.637 
 
Tabla 3. Propiedades físicas de las mezclas betún-SBS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3. Temperaturas de reblandecimiento de las secciones superior e inferior 
obtenidos en los ensayos de estabilidad de las muestras betún-SBS 
 
Como ha sido comentado anteriormente los sistemas betún-polímero son generalmente 
heterogéneos a nivel microscópico observándose la coexistencia de una fase enriquecida 
en polímero, y constituida por el polímero hinchado en los componentes aromáticos del 
betún, y una fase enriquecida en asfaltenos sólidos. Para interpretar los resultados de la 
Figura 3 hay que tener en cuenta que al realizar el ensayo de estabilidad y debido a la 
diferencia de densidades de las fases coexistentes, se favorece la separación de ambas 
por migración de la fase enriquecida en polímero, menos densa, hacia la parte superior 
de la muestra ensayada, quedando la fase enriquecida en asfaltenos y más densa 
depositada en la parte inferior. Una muestra betún-SBS se considera compatible cuando 
la diferencia en las temperaturas de reblandecimiento de la parte superior e inferior no 
supera los cinco grados. La Figura 3 muestra como el enriquecimiento del betún en 
componente maya implica la separación de ambas fases y por tanto la incompatibilidad 
de la mezcla. En realidad, los sistemas que se pueden considerar claramente compatibles 
son aquellos en los que el betún maya no supera un 40% en peso de contenido. Con el 
60% en peso de contenido en betún maya el sistema betún-SBS se encuentra en el límite 
de compatibilidad y para un contenido del 80% en peso el sistema es claramente 
incompatible. 
 
Estos resultados han sido confirmados por microscopía de fluorescencia y la Figura 4 
muestra las micrografías obtenidas para los sistemas A100/SBS y M80/A20/SBS 
obtenidas a distintos tiempos de almacenamiento a T=160ºC. Según se puede apreciar 
las micrografías para el sistema A100/SBS muestran en todos los casos la 
homogeneidad correspondiente a la dispersión uniforme del polímero hinchado en la 
fase malténica, por el contrario en el caso del sistema M80/A20/SBS es posible 
6 MATERIALES COMPUESTOS 13 
distinguir la coexistencia de dos entornos, los más claros se corresponden con el 
polímero hinchado en componentes aromáticos, mientras que los más oscuros 
representan a la fase malténica enriquecida en asfaltenos. 
 
(a) (b) (c) 
 
Fig 4. Micrografías de los sistemas A100/SBS y M80/A20/SBS después de ser 
almacenadas a T=160ºC. (a) t=6h; (b) t=30h; (c) t=72h 
 
3. CONCLUSIONES 
 
Se han preparado diferentes betunes modificados con un 3% en peso de SBS utilizando 
azufre como agente de vulcanizado con el fin de conseguir una mejor compatibilidad de 
los sistemas. Los betunes elegidos denominados maya y arabia diferían principalmente 
en el contenido de asfaltenos y aromáticos. En el trabajo ha quedado demostrada la 
influencia de la relación aromáticos/asfaltenos como factor determinante para asegurar 
la compatibilidad del SBS con el betún. Los betunes maya con una relación 
aromáticos/asfaltenos menor que la correspondiente a los betunes arabia, provocan la 
desestabilización de los betunes modificados con SBS cuando el contenido de los 
mismos en el betún supera el 60% en peso. 
  
REFERENCIAS 
 
1. CHEN J.S., Y HUANG C.C. (2007) Fundamental characterization of SBS-modified 
asphalt mixed with sulphur. J. Appl Polym Sci., 103, pp. 2817-252. 
2. YILDIRIM Y. (2007) Polymer modified asphalt binders. Construction and Building, 
21, pp.66-72. 
3. LARSEN D.O., ALESSANDRINI J.L. BOSCH A. Y CORTIZO M.S. (2009) 
Micro-structural and rheological characteristics of SBS-asphalt blends during their 
manufacturing. Construction and Building 23, pp. 2769-2774. 
4. LESUEUR D. (2009) The colloidal structure of bitumen: Consequences on the 
rheology and on the mechanisms of bitumen modification. Advances in Colloid and 
Interface Science 145, pp. 42-82 


http://oa.upm.es/25870/1/INVE_MEM_2013_160712.pdf

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