Análisis técnico ambiental del cemento asfáltico modificado con lignina kraft.

Abstract

Existe un crecimiento proyectado en la demanda mundial de asfalto, principalmente impulsado por la necesidad de construir y mantener carreteras. Sin embargo, se ve afectado por la reducción de ligante asfáltico debido al desarrollo de nuevas tecnologías en la refinería de crudo de petróleo. Así mismo, las carreteras pavimentadas con asfalto contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes atmosféricos. Para hacer frente a estos problemas ambientales, se investiga el uso de materiales renovables como la lignina, un subproducto de la industria papelera, como sustituto parcial del betún. El objetivo de esta investigación fue analizar el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica modificada con lignina, así como evaluar su potencial reducción del impacto ambiental. Esto como potencial alternativa competitiva a la mezcla tradicional en pavimentación. Para ello, se diseñó experimentalmente un ligante modificado utilizando diferentes porcentajes de lignina. Posteriormente, se elaboró el diseño de mezcla asfáltica modificada y se evaluó el pavimento desde una perspectiva estructural, para finalmente comparar esta alternativa de pavimentación modificada con la pavimentación tradicional. Esta comparación se llevó a cabo desde un enfoque de impacto ambiental. Se utilizó el análisis de ciclo de vida para evaluar el impacto ambiental de cada una de las alternativas de pavimentación. Los resultados obtenidos revelaron que el ligante modificado con diferentes porcentajes de lignina experimentó un aumento en su viscosidad cinemática y una disminución en la ductilidad. Sin embargo, en ninguno de los casos se logró alcanzar el mínimo especificado, por lo cual se sugiere un porcentaje de reemplazo del 0,5% de lignina. Por otro lado, la mezcla asfáltica diseñada con el ligante modificado demostró una mayor estabilidad y densidad en comparación con una mezcla tradicional. Este hallazgo implica que la mezcla modificada requiere un espesor menor para proporcionar una capacidad de soporte equivalente, lo que conlleva a en un menor consumo de materiales y volúmenes de transporte. En lo que respecta al análisis de impacto ambiental, se observó una reducción en el impacto ambiental en la mayoría de las categorías evaluadas. Destaca especialmente una disminución del 0,8% en las emisiones de gases de efecto invernadero y un 5% en promedio en las categorías de impacto ambiental.

There is a projected growth in global demand for asphalt, primarily driven by the need to build and maintain roads. However, it is affected by the reduction of asphalt binder due to the development of new technologies in petroleum crude oil refining. Additionally, asphalt-paved roads contribute to greenhouse gas emissions and atmospheric pollutants. To address these environmental problems, research is being conducted into the use of renewable materials such as lignin, a byproduct of the paper industry, as a partial substitute for bitumen. The objective of this research was to analyze the mechanical behavior of asphalt mixture modified with lignin, as well as to evaluate its potential for reducing environmental impact. This serves as a potential competitive alternative to traditional asphalt mixture in paving. To achieve this, a modified binder was experimentally designed using different percentages of lignin. Subsequently, the design of the modified asphalt mixture was developed, and the pavement was evaluated from a structural perspective. Finally, this modified paving alternative was compared with traditional paving from an environmental impact standpoint. Life cycle analysis was used to assess the environmental impact of each paving alternative. The results revealed that the binder modified with different percentages of lignin experienced an increase in its kinematic viscosity and a decrease in ductility. However, in none of the cases was the specified minimum achieved, thus suggesting a 0.5% lignin replacement percentage. On the other hand, the asphalt mixture designed with the modified binder demonstrated higher stability and density compared to a traditional mixture. This finding implies that the modified mixture requires a lesser thickness to provide equivalent support capacity, resulting in reduced material consumption and transportation volumes. Regarding the environmental impact analysis, a reduction in environmental impact was observed in most of the evaluated categories. Particularly noteworthy is a 0.8% decrease in greenhouse gas emissions and an average 5% reduction in environmental impact categories.