El betún ( Reino Unido : / ˈ b ɪ tj ʊ m ɪ n / , EE. UU. : / b ɪ ˈ tj uː m ə n , b aɪ -/ ) [1] es un componente inmensamente viscoso del petróleo . Dependiendo de su composición exacta puede ser un líquido negro y pegajoso o una masa aparentemente sólida que se comporta como un líquido en escalas de tiempo muy grandes. En los EE.UU. , el material se conoce comúnmente como asfalto . Ya sea que se encuentre en depósitos naturales o se refina a partir del petróleo, la sustancia se clasifica como brea . [2] Antes del siglo XX, el término asfalto era de uso general. [3] La palabra deriva del griego antiguo ἄσφαλτος ásphaltos , que se refería al betún o brea natural. El depósito natural de betún más grande del mundo es el lago Pitch, en el suroeste de Trinidad , que se estima que contiene 10 millones de toneladas. [4]
El 70% de la producción anual de betún se destina a la construcción de carreteras , su uso principal. [5] En esta aplicación, el betún se utiliza para unir partículas de agregados como grava y forma una sustancia denominada hormigón asfáltico , que coloquialmente se denomina asfalto . Sus otros usos principales residen en productos impermeabilizantes bituminosos , como fieltro para tejados y selladores de tejados. [6]
En las ciencias de los materiales y la ingeniería , los términos "asfalto" y "betún" se utilizan a menudo indistintamente y se refieren tanto a formas naturales como fabricadas de la sustancia, aunque existe una variación regional en cuanto a qué término es más común. En todo el mundo, los geólogos tienden a preferir el término "betún" para el material que se encuentra naturalmente. Para el material manufacturado, que es un residuo refinado del proceso de destilación de aceites crudos seleccionados, el término predominante es "betún" en gran parte del mundo; sin embargo, en inglés americano , "asphalt" se usa más comúnmente. Para ayudar a evitar confusiones, en los EE. UU. se utilizan las frases "asfalto líquido", "aglutinante de asfalto" o "cemento asfáltico". Coloquialmente, varias formas de asfalto a veces se denominan " alquitrán ", como en el nombre de La Brea. Pozos de alquitrán . [7]
El betún natural a veces se especifica con el término "betún crudo". Su viscosidad es similar a la de la melaza fría [8] [9] , mientras que el material obtenido de la destilación fraccionada del petróleo crudo que hierve a 525 °C (977 °F) a veces se denomina "betún refinado". La provincia canadiense de Alberta tiene la mayor parte de las reservas mundiales de betún natural en las arenas bituminosas de Athabasca , que cubren 142.000 kilómetros cuadrados (55.000 millas cuadradas), un área más grande que Inglaterra . [10]
La palabra latina se remonta a la raíz protoindoeuropea *gʷet- "brea"; vea ese enlace para otros cognados.
La expresión "betún" tiene su origen en el sánscrito , donde encontramos las palabras "jatu", que significa "brea", y "jatu-krit", que significa "creador de brea", "productor de brea" (refiriéndose a árboles coníferos o resinosos). Algunos afirman que el equivalente latino era originalmente "gwitu-men" (perteneciente a la brea), y otros, "pixtumens" (brea exudada o burbujeante), que posteriormente se redujo a "betún", pasando de allí del francés al inglés. . De la misma raíz se deriva la palabra anglosajona "cwidu" (Mastix), la palabra alemana "Kitt" (cemento o masilla) y la antigua palabra nórdica "kvada". [11]
Se afirma que la palabra "ašphalt" se deriva del término acadio "asphaltu" o "sphallo", que significa "dividir". Más tarde fue adoptado por los griegos homéricos en la forma del adjetivo ἄσφαλἤς, ἐς que significa "firme", "estable", "seguro" y el verbo correspondiente ἄσφαλίξω, ίσω que significa "hacer firme o estable", "asegurar". . [11]
La palabra "asfalto" se deriva del inglés medio tardío , a su vez del francés asfalto , basado en el latín tardío asfalton , asfalto , que es la latinización del griego ἄσφαλτος ( ásphaltos , ásphalton ), palabra que significa "asfalto/betún/ brea" . ", [12] que tal vez deriva de ἀ- , "no, sin", es decir, el alfa privativo , y σφάλλειν ( sphallein ), "hacer caer, desconcertar, (en pasivo) errar, (en pasivo) ser rechazado ". [13]
El primer uso del asfalto por parte de los antiguos fue como cemento para asegurar o unir varios objetos, por lo que parece probable que el nombre mismo expresara esta aplicación. Específicamente, Heródoto mencionó que se llevó betún a Babilonia para construir su gigantesco muro de fortificación. [14]
Del griego, la palabra pasó al latín tardío y de allí al francés ( asfalte ) y al inglés ("asphaltum" y "asphalt"). En francés, el término asfalto se utiliza para depósitos naturales de piedra caliza empapados de asfalto y para productos manufacturados especializados con menos huecos o mayor contenido de betún que el "hormigón asfáltico" utilizado para pavimentar carreteras.
El betún mezclado con arcilla generalmente se llamaba "asfalto", pero el término se usa con menos frecuencia en la actualidad. [15]
En inglés americano , "asphalt" equivale al británico "betún". Sin embargo, "asfalto" también se utiliza comúnmente como una forma abreviada de " hormigón asfáltico " (por lo tanto, equivalente al inglés "asfalto" o "asfalto").
En inglés canadiense , la palabra "betún" se utiliza para referirse a los vastos depósitos canadienses de petróleo crudo extremadamente pesado , [16] mientras que "asfalto" se utiliza para el producto de la refinería de petróleo. El betún diluido (diluido con nafta para hacerlo fluir en las tuberías) se conoce como " dilbit " en la industria petrolera canadiense, mientras que el betún " mejorado " a petróleo crudo sintético se conoce como "sincrudo", y el sincrudo mezclado con betún se llama "synbit". ". [17]
"Betún" sigue siendo el término geológico preferido para los depósitos naturales de petróleo sólido o semisólido. La "roca bituminosa" es una forma de arenisca impregnada de betún. Las arenas bituminosas de Alberta, Canadá, son un material similar.
Ninguno de los términos "asfalto" o "betún" debe confundirse con alquitrán o alquitrán de hulla . El alquitrán es el producto líquido espeso de la destilación seca y la pirólisis de hidrocarburos orgánicos procedentes principalmente de masas vegetales, ya sean fosilizadas como el carbón o recién cosechadas. La mayor parte del betún, por otro lado, se formó naturalmente cuando el agua depositó grandes cantidades de materiales orgánicos animales y los enterraron a cientos de metros de profundidad en el punto diagenético , donde las moléculas de hidrocarburos grasos desorganizados se unieron en largas cadenas en ausencia de oxígeno. . El betún se presenta como un sólido o un líquido muy viscoso. Incluso puede estar mezclado con depósitos de carbón. El betún y el carbón mediante el proceso Bergius se pueden refinar para obtener gasolina, y el betún se puede destilar para obtener alquitrán, y no al revés.
Los componentes del betún incluyen cuatro clases principales de compuestos:
El betún normalmente contiene elementalmente un 80% en peso de carbono; 10% de hidrógeno; hasta 6% de azufre; y molecularmente, entre un 5 y un 25% en peso de asfaltenos dispersos en un 90% a un 65% de maltenos. [18] La mayoría de los betunes naturales también contienen compuestos organosulfurados . El níquel y el vanadio se encuentran en <10 partes por millón, como es típico en algunos petróleos. [6] La sustancia es soluble en disulfuro de carbono . Comúnmente se modela como un coloide , con asfaltenos como fase dispersa y maltenos como fase continua. [19] "Es casi imposible separar e identificar todas las diferentes moléculas de betún, porque el número de moléculas con diferente estructura química es extremadamente grande". [20]
El asfalto puede confundirse con el alquitrán de hulla , que es un material termoplástico negro visualmente similar producido por la destilación destructiva del carbón . A principios y mediados del siglo XX, cuando se producía gas urbano , el alquitrán de hulla era un subproducto fácilmente disponible y se utilizaba ampliamente como aglutinante para agregados para carreteras. La adición de alquitrán de hulla a las carreteras de macadán dio lugar a la palabra " asfalto ", que ahora se utiliza en el lenguaje común para referirse a los materiales de construcción de carreteras. Sin embargo, desde la década de 1970, cuando el gas natural sucedió al gas urbano, el betún ha superado por completo el uso de alquitrán de hulla en estas aplicaciones. Otros ejemplos de esta confusión incluyen La Brea Tar Pits y las arenas bituminosas canadienses , las cuales en realidad contienen betún natural en lugar de alquitrán. "Pitch" es otro término que a veces se usa informalmente para referirse al asfalto, como en Pitch Lake .
Por razones económicas y de otro tipo, el betún a veces se vende combinado con otros materiales, a menudo sin etiquetarlo como algo más que simplemente "betún". [21]
De particular interés es el uso de fondos de aceite de motor re-refinados – "REOB" o "REOBs" - el residuo de aceite de motor de automóvil reciclado recogido de los fondos de las torres de destilación al vacío de re-refinamiento , en la fabricación de asfalto. REOB contiene varios elementos y compuestos que se encuentran en el aceite de motor reciclado: aditivos del aceite original y materiales que se acumulan durante su circulación en el motor (normalmente hierro y cobre). Algunas investigaciones han indicado una correlación entre esta adulteración del betún y un pavimento de peor rendimiento. [21]
La mayor parte del betún utilizado comercialmente se obtiene del petróleo. [22] Sin embargo, en la naturaleza se encuentran grandes cantidades de betún en forma concentrada. Los depósitos naturales de betún se forman a partir de restos de algas microscópicas antiguas ( diatomeas ) y otros seres que alguna vez estuvieron vivos. Estos depósitos naturales de betún se formaron durante el período Carbonífero, cuando gigantescos bosques pantanosos dominaban muchas partes de la Tierra. [23] Fueron depositados en el barro en el fondo del océano o lago donde vivían los organismos. Bajo el calor (más de 50 °C) y la presión del entierro en las profundidades de la tierra, los restos se transformaron en materiales como betún, querógeno o petróleo.
Los depósitos naturales de betún incluyen lagos como el lago Pitch en Trinidad y Tobago y el lago Bermúdez en Venezuela . Se producen filtraciones naturales en La Brea Tar Pits y McKittrick Tar Pits en California , así como en el Mar Muerto .
El betún también se encuentra en areniscas no consolidadas conocidas como "arenas petrolíferas" en Alberta , Canadá, y "arenas bituminosas" similares en Utah , Estados Unidos. La provincia canadiense de Alberta tiene la mayor parte de las reservas del mundo, en tres enormes depósitos que cubren 142.000 kilómetros cuadrados (55.000 millas cuadradas), un área más grande que Inglaterra o el estado de Nueva York . Estas arenas bituminosas contienen 166 mil millones de barriles (26,4 × 10 9 m 3 ) de reservas de petróleo establecidas comercialmente, lo que convierte a Canadá en la tercera reserva de petróleo más grande del mundo. Aunque históricamente se utilizaba sin refinar para pavimentar carreteras, casi toda la producción se utiliza ahora como materia prima para refinerías de petróleo en Canadá y Estados Unidos. [10]
El depósito de betún natural más grande del mundo, conocido como arenas bituminosas de Athabasca , se encuentra en la Formación McMurray del norte de Alberta. Esta formación es del Cretácico temprano , y está compuesta por numerosas lentes de arena petrolífera con hasta un 20% de petróleo. [24] Los estudios isotópicos muestran que los depósitos de petróleo tienen aproximadamente 110 millones de años. [25] Dos formaciones más pequeñas pero aún muy grandes se producen en las arenas bituminosas de Peace River y en las arenas bituminosas de Cold Lake , al oeste y sureste de las arenas bituminosas de Athabasca, respectivamente. De los depósitos de Alberta, sólo partes de las arenas bituminosas de Athabasca son lo suficientemente poco profundas como para ser aptas para la minería a cielo abierto. El otro 80% debe ser producido por pozos petroleros que utilizan técnicas mejoradas de recuperación de petróleo , como el drenaje por gravedad asistido por vapor . [26]
También se encuentran depósitos de petróleo pesado o bitumen mucho más pequeños en la cuenca de Uinta en Utah, EE. UU. El depósito de Tar Sand Triangle , por ejemplo, tiene aproximadamente un 6% de betún. [24]
El betún puede ocurrir en vetas hidrotermales . Un ejemplo de esto es dentro de la Cuenca Uinta de Utah , en Estados Unidos, donde existe un enjambre de vetas extensas lateral y verticalmente compuestas por un hidrocarburo sólido denominado Gilsonita . Estas vetas se formaron por la polimerización y solidificación de hidrocarburos que se movilizaron desde las lutitas bituminosas más profundas de la Formación Green River durante el entierro y la diagénesis . [27]
El betún es similar a la materia orgánica de los meteoritos carbonosos . [28] Sin embargo, estudios detallados han demostrado que estos materiales son distintos. [29] Se considera que los vastos recursos bituminosos de Alberta comenzaron como material vivo de plantas y animales marinos, principalmente algas , que murieron hace millones de años cuando un antiguo océano cubrió Alberta. Fueron cubiertos de barro, enterrados profundamente con el tiempo y cocinados suavemente hasta convertirlos en aceite mediante calor geotérmico a una temperatura de 50 a 150 °C (120 a 300 °F). Debido a la presión ejercida por el ascenso de las Montañas Rocosas en el suroeste de Alberta, hace entre 80 y 55 millones de años, el petróleo fue impulsado hacia el noreste cientos de kilómetros y quedó atrapado en depósitos de arena subterráneos dejados por antiguos lechos de ríos y playas oceánicas, formando así las arenas bituminosas. . [26]
El primer uso estimado del betún se remonta a 40.000 años, en la época paleolítica , en la que se utilizaba para adherir mangos a herramientas de piedra primitivas. [30]
Un nuevo examen de artefactos encontrados anteriormente en el sitio arqueológico de Le Moustier en Francia ha identificado herramientas de piedra musterienses con evidencia de empuñaduras moldeadas a partir de una mezcla de betún cocido y ocre molido . [31] La edad y la cultura de estas herramientas no están determinadas con precisión, pero el estilo musteriense europeo sugiere que puede estar asociado con los neandertales durante el Paleolítico medio tardío , aproximadamente entre 60.000 y 35.000 años antes del presente. Es la evidencia más antigua de un adhesivo compuesto en Europa.
El uso de betún natural como impermeabilizante y como adhesivo se remonta al menos al quinto milenio antes de Cristo, con una cesta de almacenamiento de cultivos descubierta en Mehrgarh , de la civilización del valle del Indo , revestida con él. [32] En el tercer milenio a.C. se utilizaba roca asfáltica refinada en la región y se utilizaba para impermeabilizar el Gran Baño en Mohenjo-daro. [33]
En el antiguo Cercano Oriente , los sumerios utilizaban depósitos naturales de betún como mortero entre ladrillos y piedras, para cementar partes de tallas, como ojos, para calafatear barcos y para impermeabilizar. [3] El historiador griego Heródoto dijo que se usaba betún caliente como mortero en los muros de Babilonia . [34]
Según se informa, el túnel del Éufrates de 1 kilómetro (0,62 millas) de largo debajo del río Éufrates en Babilonia en la época de la reina Semiramis ( c. 800 a. C. ) se construyó con ladrillos cocidos cubiertos con betún como agente impermeabilizante. [3]
Los antiguos egipcios utilizaban betún para embalsamar momias. [3] [35] La palabra persa para asfalto es moom , que está relacionada con la palabra inglesa mummy . La principal fuente de betún de los egipcios era el Mar Muerto , que los romanos conocían como Palus Asphaltites (Lago de asfalto).
Aproximadamente en el año 40 d.C., Dioscórides describió el material del Mar Muerto como betún de Judaicum y señaló otros lugares de la región donde se podía encontrar. [36] Se cree que el betún de Sidón se refiere al material encontrado en Hasbeya en el Líbano. [37] Plinio también se refiere al betún que se encuentra en Epiro . El betún era un valioso recurso estratégico. Fue objeto de la primera batalla conocida por un depósito de hidrocarburos: entre seléucidas y nabateos en el año 312 a.C. [38]
En el antiguo Lejano Oriente, el betún natural se hervía lentamente para eliminar las fracciones superiores , dejando un material termoplástico de mayor peso molecular que, cuando se aplicaba en capas sobre objetos, se endurecía al enfriarse. Esto se usaba para cubrir objetos que necesitaban impermeabilización, [3] como vainas y otros artículos. También se fundieron con este tipo de material estatuillas de deidades domésticas en Japón, y probablemente también en China. [ cita necesaria ]
En América del Norte , la recuperación arqueológica ha indicado que a veces se utilizaba betún para adherir puntas de proyectiles de piedra a ejes de madera. [39] [40] En Canadá, los aborígenes utilizaban el betún que se filtraba de las orillas del Athabasca y otros ríos para impermeabilizar canoas de corteza de abedul , y también lo calentaban en recipientes para difuminar para protegerse de los mosquitos en el verano. [26] El betún también se utilizó para impermeabilizar las canoas de tablas utilizadas por los pueblos indígenas en el sur de California precolonial. [41]
En 1553, Pierre Belon describió en su obra Observaciones que el pissasfalto , una mezcla de brea y betún, se utilizaba en la República de Ragusa (hoy Dubrovnik , Croacia ) para alquitranar los barcos. [42]
Una edición de 1838 de Mechanics Magazine cita un uso temprano del asfalto en Francia. Un folleto fechado en 1621, de "un tal señor d'Eyrinys, afirma que había descubierto la existencia (de asfalto) en grandes cantidades en las proximidades de Neufchatel", y que se proponía utilizarlo de diversas maneras: "principalmente en la construcción de graneros estancos al aire y en la protección, mediante arcos, de los cursos de agua de la ciudad de París de la intrusión de suciedad y suciedad", que en aquella época inutilizaban el agua. "También se extiende sobre la excelencia de este material para formar terrazas niveladas y duraderas" en los palacios, "la idea de formar tales terrazas en las calles no es algo que se le ocurra a un parisino de esa generación". [43]
Pero la sustancia fue generalmente descuidada en Francia hasta la revolución de 1830 . En la década de 1830 hubo un gran interés y el asfalto se utilizó ampliamente "para pavimentos, techos planos y revestimiento de cisternas, y en Inglaterra se había utilizado en cierta medida para fines similares". Su ascenso en Europa fue "un fenómeno repentino", después de que se descubrieran yacimientos naturales "en Francia, en Osbann ( Bajo Rin ), el Parque ( Ain ) y el Puy-de-la-Poix ( Puy-de-Dôme )", aunque también podría fabricarse de forma artificial. [44] Uno de los primeros usos en Francia fue la colocación de aproximadamente 24.000 yardas cuadradas de asfalto Seyssel en la Place de la Concorde en 1835. [45]
Uno de los usos anteriores del betún en el Reino Unido fue el de grabado. Polygraphice (1673) de William Salmon proporciona una receta para el barniz utilizado en el grabado, que consta de tres onzas de cera virgen, dos onzas de masilla y una onza de asfalto. [46] En la quinta edición de 1685, había incluido más recetas de asfalto de otras fuentes. [47]
La primera patente británica para el uso de asfalto fue "la patente de asfalto o betún de Cassell" en 1834. [44] Luego, el 25 de noviembre de 1837, Richard Tappin Claridge patentó el uso de asfalto de Seyssel (patente n.° 7849), para su uso en pavimento asfáltico. [48] [49] habiéndolo visto empleado en Francia y Bélgica cuando visitó a Frederick Walter Simms , quien trabajó con él en la introducción del asfalto en Gran Bretaña. [50] [51] El Dr. T. Lamb Phipson escribe que su padre, Samuel Ryland Phipson, un amigo de Claridge, también jugó un papel decisivo en la introducción del pavimento asfáltico (en 1836)". [52]
Claridge obtuvo una patente en Escocia el 27 de marzo de 1838 y obtuvo una patente en Irlanda el 23 de abril de 1838. En 1851, los fideicomisarios de una empresa previamente formada por Claridge solicitaron extensiones para la patente de 1837 y para ambas patentes de 1838. [44] [53] [54] [55] Claridge's Patent Asphalte Company - formada en 1838 con el propósito de introducir en Gran Bretaña "asfalto en su estado natural procedente de la mina de Pyrimont Seysell en Francia", [56] - "colocó uno de los primeros pavimentos asfálticos en Whitehall". [57] Se hicieron pruebas del pavimento en 1838 en la acera de Whitehall, el establo de Knightsbridge Barracks, [56] [58] "y posteriormente en el espacio al pie de las escaleras que conducen desde Waterloo Place a St. James Park. ". [58] "La formación en 1838 de la Claridge's Patent Asphalte Company (con una distinguida lista de patrocinadores aristocráticos, y Marc e Isambard Brunel como, respectivamente, fideicomisario e ingeniero consultor), dio un enorme impulso al desarrollo de una industria británica del asfalto. ". [54] "A finales de 1838, al menos otras dos empresas, la de Robinson y la de Bastenne, estaban en producción", [59] y se colocaba asfalto como pavimento en Brighton, Herne Bay, Canterbury, Kensington, Strand y una gran superficie de piso en Bunhill-row, mientras que, mientras tanto, la pavimentación de Whitehall de Claridge "continúa en buen estado". [60] Bonnington Chemical Works fabricó asfalto utilizando alquitrán de hulla y en 1839 lo había instalado en Bonnington . [61]
En 1838, hubo una oleada de actividad empresarial relacionada con el betún, que tenía usos más allá de la pavimentación. Por ejemplo, el betún también podría usarse para pisos, impermeabilización de edificios e impermeabilización de varios tipos de piscinas y baños, los cuales también proliferaron en el siglo XIX. [3] [44] [62] Uno de los primeros ejemplos supervivientes de su uso se puede ver en el cementerio de Highgate , donde se utilizó en 1839 para sellar el techo de las catacumbas de la terraza. En la Bolsa de Londres surgieron diversas reclamaciones sobre la exclusividad de la calidad del betún procedente de Francia, Alemania e Inglaterra. Y en Francia se concedieron numerosas patentes, mientras que en Inglaterra se denegó un número similar de solicitudes de patentes debido a su similitud entre sí. En Inglaterra, "Claridge's fue el tipo más utilizado en las décadas de 1840 y 1850". [59]
En 1914, Claridge's Company formó una empresa conjunta para producir macadán con alquitrán , [63] con materiales fabricados a través de una empresa subsidiaria llamada Clarmac Roads Ltd. [64] Resultaron dos productos, a saber , Clarmac y Clarphalte , siendo el primero fabricado por Clarmac Roads y este último por Claridge's Patent Asphalte Co., aunque Clarmac se utilizó más ampliamente. [65] [nota 1] Sin embargo, la Primera Guerra Mundial arruinó a Clarmac Company, que entró en liquidación en 1915. [67] [68] El fracaso de Clarac Roads Ltd tuvo un efecto de flujo en Claridge's Company, que a su vez era cerró obligatoriamente, [69] cesando sus operaciones en 1917, [70] [71] habiendo invertido una cantidad sustancial de fondos en la nueva empresa, tanto al principio [69] como en un intento posterior de salvar la Compañía Clarac. [67]
En la Gran Bretaña del siglo XIX se pensaba que el betún contenía sustancias químicas con propiedades medicinales. Los extractos de betún se utilizaban para tratar el catarro y algunas formas de asma y como remedio contra las lombrices, especialmente la tenia . [72]
El primer uso del betún en el Nuevo Mundo fue por parte de los pueblos aborígenes. En la costa oeste, ya en el siglo XIII, los pueblos Tongva , Luiseño y Chumash recolectaban el betún natural que se filtraba a la superficie sobre los depósitos de petróleo subyacentes. Los tres grupos utilizaron la sustancia como adhesivo. Se encuentra en muchos artefactos diferentes de herramientas y artículos ceremoniales. Por ejemplo, se usaba en sonajeros para adherir calabazas o caparazones de tortuga a los mangos de los sonajeros. También se utilizó en decoración. A menudo se colocaban pequeñas cuentas de concha redondas en asfalto para proporcionar decoración. Se usaba como sellador en cestas para hacerlas herméticas para transportar agua, posiblemente envenenando a quienes bebían el agua. [73] El asfalto también se utilizó para sellar las tablas de las canoas que navegaban por el océano.
El asfalto se utilizó por primera vez para pavimentar calles en la década de 1870. Al principio se utilizó "roca bituminosa" de origen natural, como en Ritchie Mines en Macfarlan en el condado de Ritchie, Virginia Occidental, de 1852 a 1873. En 1876, se utilizó pavimento a base de asfalto para pavimentar la avenida Pennsylvania en Washington DC, a tiempo para la celebración del centenario nacional. [74]
En la era de los caballos, las calles estadounidenses en su mayoría estaban sin pavimentar y cubiertas de tierra o grava. Especialmente donde el barro o las zanjas dificultaban el paso de las calles, las aceras a veces estaban hechas de diversos materiales, incluidos tablones de madera, adoquines u otros bloques de piedra, o ladrillos. Los caminos sin pavimentar produjeron un desgaste desigual y riesgos para los peatones. A finales del siglo XIX, con el auge de la bicicleta popular , los clubes de ciclistas fueron importantes para impulsar un pavimento más generalizado de las calles. [75] La defensa del pavimento aumentó a principios del siglo XX con el auge del automóvil . El asfalto se convirtió gradualmente en un método de pavimentación cada vez más común. La avenida St. Charles en Nueva Orleans estaba pavimentada en toda su longitud con asfalto en 1889. [76]
En 1900, sólo Manhattan tenía 130.000 caballos, que tiraban de tranvías, carretas y carruajes, y dejaban atrás sus desechos. No eran rápidos y los peatones podían esquivarlos y trepar por las calles abarrotadas. Los pueblos pequeños seguían dependiendo de la tierra y la grava, pero las ciudades más grandes querían calles mucho mejores. En la década de 1850 recurrieron a bloques de madera o granito. [77] En 1890, un tercio de las 2000 millas de calles de Chicago estaban pavimentadas, principalmente con bloques de madera, que proporcionaban mejor tracción que el barro. La superficie de ladrillo fue un buen compromiso, pero aún mejor fue el pavimento de asfalto, que era fácil de instalar y de cortar para llegar a las alcantarillas. Con Londres y París como modelos, Washington colocó 400.000 metros cuadrados de pavimento asfáltico en 1882; se convirtió en el modelo para Buffalo, Filadelfia y otros lugares. A finales de siglo, las ciudades estadounidenses contaban con 30 millones de metros cuadrados de pavimento de asfalto, muy por delante del ladrillo. [78] Las calles se volvieron más rápidas y peligrosas por lo que se instalaron semáforos eléctricos. Los tranvías eléctricos (a 19 kilómetros por hora) se convirtieron en el principal servicio de transporte para los compradores y trabajadores de oficina de clase media hasta que compraron automóviles después de 1945 y viajaron desde suburbios más distantes con privacidad y comodidad por carreteras asfaltadas. [79]
Canadá tiene el depósito de betún natural más grande del mundo en las arenas bituminosas de Athabasca , y las Primeras Naciones canadienses a lo largo del río Athabasca lo habían utilizado durante mucho tiempo para impermeabilizar sus canoas. En 1719, un cree llamado Wa-Pa-Su llevó una muestra para comerciar con Henry Kelsey de la Compañía de la Bahía de Hudson , quien fue el primer europeo registrado en verla. Sin embargo, no fue hasta 1787 que el comerciante de pieles y explorador Alexander MacKenzie vio las arenas petrolíferas de Athabasca y dijo: "A unas 24 millas de la bifurcación (de los ríos Athabasca y Clearwater) hay algunas fuentes bituminosas en las que se introduce un poste de 20 pies de largo puede insertarse sin la menor resistencia." [26]
El valor del yacimiento era evidente desde el principio, pero no así los medios para extraer el betún. La ciudad más cercana, Fort McMurray, Alberta , era un pequeño puesto de comercio de pieles, otros mercados estaban lejos y los costos de transporte eran demasiado altos para enviar la arena bituminosa en bruto para pavimentar. En 1915, Sidney Ells de la División Federal de Minas experimentó con técnicas de separación y utilizó el producto para pavimentar 600 pies de carretera en Edmonton , Alberta. Otras carreteras de Alberta estaban pavimentadas con material extraído de arenas bituminosas, pero en general no resultaba económico. Durante la década de 1920, el Dr. Karl A. Clark, del Consejo de Investigación de Alberta, patentó un proceso de separación de petróleo con agua caliente y el empresario Robert C. Fitzsimmons [80] construyó la planta de separación de petróleo Bitumount , que entre 1925 y 1958 produjo hasta 300 barriles (50 m). 3 ) por día de betún usando el método del Dr. Clark. La mayor parte del betún se utilizó para impermeabilizar techos, pero otros usos incluyeron combustibles, aceites lubricantes, tintas para impresoras, medicinas, pinturas a prueba de óxido y ácidos, techos ignífugos, pavimentación de calles, charol y protectores para postes de cercas. [26] Finalmente, Fitzsimmons se quedó sin dinero y el gobierno de Alberta se hizo cargo de la planta. Hoy la planta de Bitumount es Sitio Histórico Provincial . [81]
El betún se utilizó en las primeras tecnologías fotográficas. En 1826 o 1827, fue utilizado por el científico francés Joseph Nicéphore Niépce para realizar la fotografía de la naturaleza más antigua que se conserva . El betún se recubrió finamente sobre una placa de peltre que luego se expuso en una cámara. La exposición a la luz endureció el betún y lo volvió insoluble, de modo que cuando se enjuagó posteriormente con un disolvente sólo quedaron las zonas suficientemente iluminadas. Se requerían muchas horas de exposición en la cámara, lo que hacía que el betún no fuera práctico para la fotografía ordinaria, pero desde la década de 1850 hasta la de 1920 se utilizó comúnmente como fotoprotector en la producción de planchas de impresión para diversos procesos de impresión fotomecánica. [82] [83]
El betún fue el enemigo de muchos artistas durante el siglo XIX. Aunque se utilizó ampliamente durante un tiempo, finalmente resultó inestable para su uso en pintura al óleo, especialmente cuando se mezclaba con los diluyentes más comunes, como aceite de linaza , barniz y trementina . A menos que se diluya completamente, el betún nunca se solidifica por completo y con el tiempo corromperá los demás pigmentos con los que entra en contacto. El uso de betún como esmalte para establecer sombras o mezclado con otros colores para producir un tono más oscuro resultó en el deterioro final de muchas pinturas, por ejemplo las de Delacroix . Quizás el ejemplo más famoso de la capacidad destructiva del betún sea La balsa de la Medusa (1818-1819) de Théodore Géricault , donde su uso de betún provocó que los colores brillantes degeneraran en verdes oscuros y negros y que la pintura y el lienzo se doblaran. [84]
La gran mayoría del betún refinado se utiliza en la construcción: principalmente como componente de productos utilizados en aplicaciones de pavimentación y techado. De acuerdo con los requisitos del uso final, el betún se produce según las especificaciones. Esto se logra refinando o mezclando. Se estima que el uso mundial actual de betún es de aproximadamente 102 millones de toneladas por año. Aproximadamente el 85% de todo el betún producido se utiliza como aglutinante en el hormigón asfáltico para carreteras. También se utiliza en otras zonas pavimentadas como pistas de aeropuertos, aparcamientos y aceras. Normalmente, la producción de hormigón asfáltico implica mezclar agregados finos y gruesos como arena , grava y roca triturada con asfalto, que actúa como agente aglutinante. Se pueden añadir al betún otros materiales, como polímeros reciclados (por ejemplo, neumáticos de caucho ), para modificar sus propiedades según la aplicación a la que en última instancia se destine el betún.
Otro 10% de la producción mundial de betún se utiliza en aplicaciones para tejados, donde sus cualidades impermeabilizantes son invaluables. El 5% restante del betún se utiliza principalmente con fines de sellado y aislamiento en una variedad de materiales de construcción, como revestimientos de tuberías, soportes de losetas de alfombra y pintura. El betún se aplica en la construcción y mantenimiento de muchas estructuras, sistemas y componentes, tales como:
El mayor uso del betún es para fabricar hormigón asfáltico para superficies de carreteras; esto representa aproximadamente el 85% del betún consumido en los Estados Unidos. Hay alrededor de 4.000 plantas mezcladoras de hormigón asfáltico en Estados Unidos y un número similar en Europa. [85]
Las mezclas de pavimento de hormigón asfáltico suelen estar compuestas por un 5 % de betún (conocido como cemento asfáltico en los EE. UU.) y un 95 % de agregados (piedra, arena y grava). Debido a su naturaleza altamente viscosa, el betún debe calentarse para poder mezclarlo con los agregados en la instalación de mezcla de asfalto. La temperatura requerida varía según las características del betún y los agregados, pero las tecnologías de mezcla asfáltica en caliente permiten a los productores reducir la temperatura requerida. [85] [21]
El peso de un pavimento asfáltico depende del tipo de agregado , el betún y el contenido de espacios de aire. Un ejemplo promedio en los Estados Unidos es de aproximadamente 112 libras por yarda cuadrada, por pulgada de espesor de pavimento. [21]
Cuando se realiza mantenimiento en pavimentos asfálticos, como fresado para eliminar una superficie desgastada o dañada, el material eliminado se puede devolver a una instalación para procesarlo en nuevas mezclas de pavimento. El betún del material eliminado se puede reactivar y volver a utilizar en nuevas mezclas de pavimento. [86] Dado que alrededor del 95% de las carreteras pavimentadas se construyen o recubren con asfalto, [87] cada año se recupera una cantidad sustancial de material de pavimento asfáltico. Según encuestas de la industria realizadas anualmente por la Administración Federal de Carreteras y la Asociación Nacional de Pavimentos Asfálticos, más del 99% del betún retirado cada año de las superficies de las carreteras durante los proyectos de ampliación y repavimentación se reutiliza como parte de nuevos pavimentos, plataformas, arcenes y terraplenes o almacenados para uso futuro. [88]
El pavimento de hormigón asfáltico se utiliza ampliamente en aeropuertos de todo el mundo. Debido a su robustez y capacidad de reparación rápida, es muy utilizado para pistas de aterrizaje .
El asfalto masilla es un tipo de asfalto que se diferencia del asfalto denso graduado ( hormigón asfáltico ) en que tiene un mayor contenido de betún ( aglutinante ), generalmente alrededor del 7 al 10% de toda la mezcla de agregados, a diferencia del hormigón asfáltico laminado, que tiene sólo alrededor del 5% de asfalto. Esta sustancia termoplástica se utiliza ampliamente en la industria de la construcción para impermeabilizar cubiertas planas y depósitos subterráneos. La masilla asfáltica se calienta a una temperatura de 210 °C (410 °F) y se extiende en capas para formar una barrera impermeable de unos 20 milímetros (0,8 pulgadas) de espesor.
Las emulsiones bituminosas son mezclas coloidales de betún y agua. Debido a las diferentes tensiones superficiales de los dos líquidos, no se pueden crear emulsiones estables simplemente mezclándolos. Por ello, se añaden diversos emulsionantes y estabilizantes. Los emulsionantes son moléculas anfifílicas que se diferencian en la carga de su grupo de cabeza polar. Reducen la tensión superficial de la emulsión y evitan así que se fundan las partículas de betún. La carga del emulsionante define el tipo de emulsión: aniónica (cargada negativamente) y catiónica (cargada positivamente). [89] La concentración de un emulsionante es un parámetro crítico que afecta el tamaño de las partículas de betún; concentraciones más altas conducen a partículas de betún más pequeñas. [89] Por lo tanto, los emulsionantes tienen un gran impacto en la estabilidad, viscosidad, resistencia a la rotura y adhesión de la emulsión bituminosa. [89] El tamaño de las partículas de betún suele estar entre 0,1 y 50 µm, con una fracción principal entre 1 µm y 10 µm. Se pueden utilizar técnicas de difracción láser para determinar la distribución del tamaño de las partículas de forma rápida y sencilla. [89] [90] Los emulsionantes catiónicos incluyen principalmente aminas de cadena larga como imidazolinas, amidoaminas y diaminas, que adquieren una carga positiva cuando se agrega un ácido. [89] Los emulsionantes aniónicos suelen ser ácidos grasos extraídos de lignina, tall oil o resina de árbol saponificados con bases como NaOH, que crea una carga negativa. [89]
Durante el almacenamiento de emulsiones bituminosas, las partículas de betún sedimentan, se aglomeran (floculación) o se fusionan (coagulación), lo que conduce a una cierta inestabilidad de la emulsión bituminosa. La rapidez con la que se produce este proceso depende de la formulación de la emulsión bituminosa, pero también de las condiciones de almacenamiento, como la temperatura y la humedad. Cuando el betún emulsionado entra en contacto con los áridos, los emulsionantes pierden su eficacia, la emulsión se descompone y se forma una película de betún adherente denominada "rotura". Las partículas de betún crean casi instantáneamente una película continua de betún al coagularse y separarse del agua que se evapora. No todas las emulsiones asfálticas reaccionan tan rápido como las demás cuando entran en contacto con los áridos. Esto permite una clasificación en emulsiones de fraguado rápido (R), de fraguado lento (SS) y de fraguado medio (MS), pero también una optimización individual y específica de la aplicación de la formulación y un amplio campo de aplicación [89] ( 1). Por ejemplo, las emulsiones de rotura lenta garantizan un tiempo de procesamiento más prolongado, lo que resulta especialmente ventajoso para los áridos finos [89] (1).
Se reportan problemas de adherencia para emulsiones aniónicas en contacto con agregados ricos en cuarzo. Se sustituyen por emulsiones catiónicas consiguiendo una mejor adherencia. La amplia gama de emulsiones bituminosas no está suficientemente cubierta por la estandarización. Desde julio de 2005 existe la norma DIN EN 13808 para emulsiones asfálticas catiónicas. Aquí se describe una clasificación de las emulsiones bituminosas basada en letras y números, teniendo en cuenta la carga, la viscosidad y el tipo de betún. [89] El proceso de producción de emulsiones bituminosas es muy complejo. Normalmente se utilizan dos métodos, el método del "molino coloidal" y el método del "alta relación de fases internas (HIPR)". [89] En el método del "molino coloidal", un rotor se mueve a alta velocidad dentro de un estator añadiendo betún y una mezcla de agua y emulsionante. Las fuerzas de corte resultantes generan partículas de betún de entre 5 µm y 10 µm recubiertas con emulsionantes. [89] El método de "alta relación de fase interna (HIPR)" se utiliza para crear partículas de betún más pequeñas, distribuciones monomodales de tamaño de partículas estrechas y concentraciones de betún muy altas. En este caso, primero se produce una emulsión bituminosa altamente concentrada mediante agitación moderada y luego se diluye. A diferencia del método "Colloid-Mill", la fase acuosa se introduce en betún caliente, lo que permite concentraciones de betún muy altas. [89]
T El método "High Internal Phase Ratio (HIPR)" se utiliza para crear partículas de betún más pequeñas, monomodales, distribuciones estrechas de tamaño de partículas y concentraciones de betún muy altas. En este caso, primero se produce una emulsión bituminosa altamente concentrada mediante agitación moderada y luego se diluye. A diferencia del método "Colloid-Mill", la fase acuosa se introduce en el betún caliente, lo que permite concentraciones de betún muy altas (1). El método "High Internal Phase Ratio (HIPR)" se utiliza para crear partículas de betún más pequeñas, monomodales, distribuciones estrechas de tamaño de partículas y concentraciones de betún muy altas. En este caso, primero se produce una emulsión bituminosa altamente concentrada mediante agitación moderada y luego se diluye. A diferencia del método "Colloid-Mill", la fase acuosa se introduce en betún caliente, lo que permite concentraciones de betún muy altas (1).
Las emulsiones bituminosas se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Se utilizan en la construcción de carreteras y en la protección de edificios e incluyen principalmente su aplicación en mezclas de reciclaje en frío, recubrimientos adhesivos y tratamiento de superficies (1). Debido a la menor viscosidad en comparación con el betún caliente, el procesamiento requiere menos energía y conlleva un riesgo significativamente menor de incendio y quemaduras. [89] Chipseal implica rociar la superficie de la carretera con una emulsión bituminosa seguida de una capa de roca triturada, grava o escoria triturada. El sello de lechada es una mezcla de emulsión bituminosa y agregado fino triturado que se extiende sobre la superficie de una carretera. El asfalto mezclado en frío también se puede fabricar a partir de emulsión bituminosa para crear pavimentos similares al asfalto mezclado en caliente, de varias pulgadas de profundidad, y las emulsiones bituminosas también se mezclan con asfalto mezclado en caliente reciclado para crear pavimentos de bajo costo. Se sabe que las técnicas basadas en emulsión bituminosa son útiles para todo tipo de carreteras; su uso también puede ser posible en las siguientes aplicaciones: 1. Asfaltos para carreteras con mucho tráfico (basados en el uso de emulsiones modificadas con polímeros). 2. Mezclas basadas en emulsión tibia. para mejorar tanto su tiempo de maduración como sus propiedades mecánicas 3. Tecnología semicaliente, en la que los áridos se calientan hasta 100 grados, produciendo mezclas con propiedades similares a las de los asfaltos calientes 4. Revestimiento superficial de alto rendimiento. [91]
El petróleo crudo sintético, también conocido como syncrude, es el resultado de una instalación mejoradora de betún utilizada en relación con la producción de arena bituminosa en Canadá. Las arenas bituminosas se extraen utilizando enormes palas eléctricas (de 100 toneladas de capacidad) y se cargan en camiones volquete aún más grandes (de 400 toneladas de capacidad) para trasladarlas a una instalación de mejora. El proceso utilizado para extraer el betún de la arena es un proceso de agua caliente desarrollado originalmente por el Dr. Karl Clark de la Universidad de Alberta durante la década de 1920. Después de la extracción de la arena, el betún se introduce en un mejorador de betún que lo convierte en un equivalente de petróleo crudo ligero . Esta sustancia sintética es lo suficientemente fluida como para ser transferida a través de oleoductos convencionales y puede introducirse en refinerías de petróleo convencionales sin ningún tratamiento adicional. En 2015, los mejoradores de betún canadienses producían más de 1 millón de barriles (160 × 10 3 m 3 ) por día de petróleo crudo sintético, del cual el 75% se exportaba a refinerías de petróleo en los Estados Unidos. [92]
En Alberta, cinco mejoradores de bitumen producen petróleo crudo sintético y una variedad de otros productos: el mejorador Suncor Energy cerca de Fort McMurray, Alberta, produce petróleo crudo sintético más combustible diesel; los mejoradores Syncrude Canada , Canadian Natural Resources y Nexen cerca de Fort McMurray producen petróleo crudo sintético; y Shell Scotford Upgrader, cerca de Edmonton, produce petróleo crudo sintético más una materia prima intermedia para la cercana refinería de petróleo Shell. [93] Un sexto mejorador, en construcción en 2015 cerca de Redwater, Alberta , transformará la mitad de su betún crudo directamente en combustible diesel, y el resto de la producción se venderá como materia prima a refinerías de petróleo y plantas petroquímicas cercanas. [94]
El betún canadiense no difiere sustancialmente de petróleos como el extrapesado venezolano y el pesado mexicano en su composición química, y la verdadera dificultad es transportar el betún extremadamente viscoso a través de oleoductos hasta la refinería. Muchas refinerías de petróleo modernas son extremadamente sofisticadas y pueden procesar betún no mejorado directamente en productos como gasolina, combustible diesel y asfalto refinado sin ningún procesamiento previo. Esto es particularmente común en áreas como la costa del Golfo de Estados Unidos , donde las refinerías fueron diseñadas para procesar petróleo venezolano y mexicano, y en áreas como el Medio Oeste de Estados Unidos , donde las refinerías fueron reconstruidas para procesar petróleo pesado a medida que disminuía la producción nacional de petróleo ligero. Si tienen la opción, estas refinerías de petróleo pesado generalmente prefieren comprar betún en lugar de petróleo sintético porque el costo es menor y, en algunos casos, porque prefieren producir más combustible diesel y menos gasolina. [93] En 2015, la producción y las exportaciones canadienses de betún no mejorado superaron las del petróleo crudo sintético en más de 1,3 millones de barriles (210 × 10 3 m 3 ) por día, de los cuales alrededor del 65% se exportó a los Estados Unidos. [92]
Debido a la dificultad de mover el betún crudo a través de tuberías, el betún no mejorado generalmente se diluye con condensado de gas natural en una forma llamada dilbit o con petróleo crudo sintético, llamado synbit . Sin embargo, para hacer frente a la competencia internacional, gran parte del betún no mejorado se vende ahora como una mezcla de múltiples grados de betún, petróleo crudo convencional, petróleo crudo sintético y condensado en un producto de referencia estandarizado como Western Canadian Select . Esta mezcla de crudo pesado y agrio está diseñada para tener características de refinación uniformes para competir con los petróleos pesados comercializados internacionalmente, como el crudo maya mexicano o el crudo árabe Dubai . [93]
El betún se utilizó a partir de la década de 1960 como matriz hidrofóbica con el objetivo de encapsular desechos radiactivos como las sales de actividad media (principalmente nitrato de sodio soluble y sulfato de sodio ) producidas por el reprocesamiento de combustibles nucleares gastados o lodos radiactivos de estanques de sedimentación. [95] [96] En Francia, Bélgica y Japón se han producido a escala industrial residuos radiactivos bituminosos que contienen elementos transuránicos emisores alfa altamente radiotóxicos procedentes de plantas de reprocesamiento nuclear, pero este tipo de acondicionamiento de residuos se ha abandonado debido a problemas de seguridad operativa (riesgos de incendio, como ocurrió en una planta de bituminización en Tokai Works en Japón) [97] [98] y problemas de estabilidad a largo plazo relacionados con su disposición geológica en formaciones rocosas profundas. Uno de los principales problemas es el hinchamiento del betún expuesto a la radiación y al agua. El hinchamiento del betún es inducido primero por la radiación debido a la presencia de burbujas de gas hidrógeno generadas por la radiólisis alfa y gamma . [99] [100] Un segundo mecanismo es el hinchamiento de la matriz cuando las sales higroscópicas encapsuladas expuestas al agua o la humedad comienzan a rehidratarse y disolverse. La alta concentración de sal en la solución de poros dentro de la matriz bituminizada es entonces responsable de los efectos osmóticos dentro de la matriz bituminizada. El agua se mueve en dirección a las sales concentradas, actuando el betún como una membrana semipermeable . Esto también hace que la matriz se hinche. La presión de hinchamiento debido al efecto osmótico a volumen constante puede llegar a 200 bar. Si no se gestiona adecuadamente, esta alta presión puede provocar fracturas en el campo cercano de una galería de eliminación de residuos bituminizados de media actividad. Cuando la matriz bituminizada ha sido alterada por hinchamiento, los radionucleidos encapsulados se lixivian fácilmente por el contacto con el agua subterránea y se liberan en la geosfera. La alta fuerza iónica de la solución salina concentrada también favorece la migración de radionucleidos en rocas arcillosas. La presencia de nitrato químicamente reactivo también puede afectar las condiciones redox que prevalecen en la roca huésped al establecer condiciones oxidantes, impidiendo la reducción de radionucleidos sensibles a redox. Bajo sus valencias superiores, radionucleidos de elementos como selenio , tecnecio , uranio , neptunio y plutonio. Tienen una mayor solubilidad y también suelen estar presentes en el agua como aniones no retardados . Esto hace que la eliminación de residuos bituminizados de media actividad sea un gran desafío.
Se han utilizado diferentes tipos de betún: betún soplado (parcialmente oxidado con oxígeno del aire a alta temperatura después de la destilación, y más duro) y betún de destilación directa (más blando). Los betunes soplados como el Mexphalte, con un alto contenido en hidrocarburos saturados, son más fácilmente biodegradados por los microorganismos que los betunes de destilación directa, con un bajo contenido en hidrocarburos saturados y un alto contenido en hidrocarburos aromáticos. [101]
Actualmente, la industria nuclear y las organizaciones de gestión de residuos consideran que la encapsulación concreta de residuos radiactivos es una alternativa más segura .
La mayor parte del consumo restante de betún corresponde a tejas y tejados en rollo . Otros usos incluyen fumigaciones para ganado, tratamientos para postes de cercas e impermeabilización de telas. El betún se utiliza para hacer negro Japón , una laca conocida especialmente por su uso en hierro y acero, y algunas empresas proveedoras de pintura exterior también lo utilizan en pinturas y tintas para marcadores para aumentar la resistencia a la intemperie y la permanencia de la pintura o tinta, y para oscurecer el color. [ cita necesaria ] El betún también se utiliza para sellar algunas pilas alcalinas durante el proceso de fabricación.
En 2019 se produjeron alrededor de 164.000.000 de toneladas. Se obtiene como fracción "pesada" (es decir, difícil de destilar). Se considera asfalto el material con un punto de ebullición superior a unos 500 °C. La destilación al vacío lo separa de los demás componentes del petróleo crudo (como la nafta , la gasolina y el diésel ). El material resultante normalmente se trata adicionalmente para extraer cantidades pequeñas pero valiosas de lubricantes y para ajustar las propiedades del material para adaptarlo a las aplicaciones. En una unidad de desasfaltado , el betún crudo se trata con propano o butano en una fase supercrítica para extraer las moléculas más ligeras, que luego se separan. Es posible un procesamiento posterior "soplar" el producto: es decir, hacerlo reaccionar con oxígeno . Este paso hace que el producto sea más duro y viscoso. [6]
El betún normalmente se almacena y transporta a temperaturas de alrededor de 150 °C (302 °F). A veces se mezclan gasóleo o queroseno antes del envío para retener la liquidez; En el momento de la entrega, estos materiales más ligeros se separan de la mezcla. Esta mezcla a menudo se denomina "materia prima bituminosa" o BFS. Algunos camiones volquete dirigen el escape caliente del motor a través de tuberías en la caja del volquete para mantener el material caliente. La parte trasera de los volquetes que transportan asfalto, así como algunos equipos de manipulación, también suelen rociarse con un agente desmoldante antes de llenarlos para facilitar la liberación. El gasóleo ya no se utiliza como agente desmoldante debido a preocupaciones medioambientales.
El betún crudo natural impregnado en roca sedimentaria es la principal materia prima para la producción de petróleo a partir de " arenas bituminosas ", actualmente en desarrollo en Alberta, Canadá. Canadá tiene la mayor parte del suministro mundial de betún natural, cubriendo 140.000 kilómetros cuadrados [16] (un área más grande que Inglaterra), lo que le otorga las segundas reservas probadas de petróleo más grandes del mundo. Las arenas petrolíferas de Athabasca son el depósito bituminoso más grande de Canadá y el único accesible a la minería a cielo abierto , aunque los recientes avances tecnológicos han dado lugar a que depósitos más profundos sean producibles mediante métodos in situ . Debido al aumento del precio del petróleo después de 2003 , la producción de betún se volvió muy rentable, pero como resultado de la caída después de 2014, volver a construir nuevas plantas resultó antieconómico. En 2014, la producción canadiense de betún crudo promedió alrededor de 2,3 millones de barriles (370.000 m 3 ) por día y se proyectaba que aumentaría a 4,4 millones de barriles (700.000 m 3 ) por día para 2020. [17] La cantidad total de betún crudo en Alberta que podría extraerse se estima en unos 310 mil millones de barriles (50 × 10 9 m 3 ), [10] que a un ritmo de 4.400.000 barriles por día (700.000 m 3 /d) durarían unos 200 años.
Aunque no es competitivo desde el punto de vista económico, el betún se puede fabricar a partir de recursos renovables no derivados del petróleo, como azúcar, melaza y almidones de arroz, maíz y patata . El betún también se puede producir a partir de material de desecho mediante destilación fraccionada de aceite de motor usado , que a veces se elimina mediante quema o vertido en vertederos. El uso de aceite de motor puede provocar grietas prematuras en climas más fríos, lo que hace que las carreteras deban repavimentarse con más frecuencia. [102]
Los aglutinantes asfálticos no basados en petróleo se pueden fabricar en colores claros. Las carreteras de colores más claros absorben menos calor de la radiación solar, lo que reduce su contribución al efecto de isla de calor urbana . [103] Los estacionamientos que utilizan alternativas bituminosas se denominan estacionamientos verdes .
Selenizza es un betún de hidrocarburo sólido de origen natural que se encuentra en depósitos nativos en Selenice , en Albania , la única mina de asfalto europea todavía en uso. El betún se encuentra en forma de vetas, rellenando grietas en dirección más o menos horizontal. El contenido de betún varía del 83% al 92% (soluble en disulfuro de carbono), con un valor de penetración cercano a cero y un punto de reblandecimiento (anillo y bola) alrededor de 120 °C. La materia insoluble, compuesta principalmente de mineral de sílice, oscila entre el 8% y el 17%.
La extracción de betún albanés tiene una larga historia y los romanos la practicaban de forma organizada. Después de siglos de silencio, las primeras menciones del betún albanés no aparecieron hasta 1868, cuando el francés Coquand publicó la primera descripción geológica de los depósitos de betún albanés. En 1875 los derechos de explotación fueron concedidos al gobierno otomano y en 1912 fueron transferidos a la empresa italiana Simsa. Desde 1945, la mina fue explotada por el gobierno albanés y desde 2001 hasta la fecha, la gestión pasó a una empresa francesa, que organizó el proceso minero para la fabricación del betún natural a escala industrial. [104]
Hoy en día, la mina se explota principalmente en una cantera a cielo abierto, pero varias de las muchas minas subterráneas (profundas y con una extensión de varios kilómetros) siguen siendo viables. Selenizza se produce principalmente en forma granular, después de fundir los trozos de betún seleccionados en la mina.
Selenizza [105] se utiliza principalmente como aditivo en el sector de la construcción de carreteras. Se mezcla con betún tradicional para mejorar tanto las propiedades viscoelásticas como la resistencia al envejecimiento. Puede mezclarse con el betún caliente en tanques, pero su forma granular permite alimentarlo en el mezclador o en el anillo de reciclaje de las plantas de asfalto normales. Otras aplicaciones típicas incluyen la producción de masillas asfálticas para aceras, puentes, aparcamientos y vías urbanas, así como aditivos para fluidos de perforación para la industria del petróleo y el gas. Selenizza está disponible en polvo o en material granulado de varios tamaños de partículas y se presenta envasada en sacos o bolsas de polietileno termofusible.
Un estudio de evaluación del ciclo de vida de la selenizza natural en comparación con el betún de petróleo ha demostrado que el impacto ambiental de la selenizza es aproximadamente la mitad del impacto del asfalto para carreteras producido en las refinerías de petróleo en términos de emisión de dióxido de carbono . [106]
El betún es un material comúnmente reciclado en la industria de la construcción. Los dos materiales reciclados más comunes que contienen betún son el pavimento asfáltico recuperado (RAP) y las tejas asfálticas recuperadas (RAS). El RAP se recicla a un ritmo mayor que cualquier otro material en los Estados Unidos [107] y normalmente contiene aproximadamente entre un 5% y un 6% de aglutinante bituminoso. Las tejas de asfalto suelen contener entre un 20% y un 40% de aglutinante bituminoso. [108]
El betún naturalmente se vuelve más rígido con el tiempo debido a la oxidación, la evaporación, la exudación y el endurecimiento físico. [109] Por esta razón, el asfalto reciclado generalmente se combina con asfalto virgen, agentes suavizantes y/o aditivos rejuvenecedores para restaurar sus propiedades físicas y químicas. [110]
Aunque el betún normalmente constituye sólo del 4 al 5 por ciento (en peso) de la mezcla del pavimento, como aglutinante del pavimento, también es la parte más cara del costo del material de pavimentación de carreteras. [21]
Durante los primeros usos del betún en los pavimentos modernos, las refinerías de petróleo lo abandonaron. Sin embargo, el betún es un producto muy comercializado en la actualidad. Sus precios aumentaron sustancialmente a principios del siglo XXI. Un informe del gobierno de Estados Unidos afirma:
El informe indica que una carretera "promedio" de 1,6 kilómetros (1 milla) de largo y cuatro carriles incluiría "300 toneladas de asfalto", lo que "en 2002 habría costado alrededor de 48.000 dólares. Para 2006, esto habría aumentado a $96,000 y para 2012 a $183,000... un aumento de alrededor de $135,000 por cada milla de carretera en sólo 10 años." [21]
Las personas pueden quedar expuestas al betún en el lugar de trabajo al respirar sus vapores o por absorción cutánea. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado de 5 mg/m 3 durante un período de 15 minutos. [111]
El betún es básicamente un material inerte que debe calentarse o diluirse hasta un punto en el que sea viable para la producción de materiales para pavimentos, techos y otras aplicaciones. Al examinar los posibles riesgos para la salud asociados con el betún, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) determinó que son los parámetros de aplicación, predominantemente la temperatura, los que afectan la exposición ocupacional y el posible peligro/riesgo cancerígeno biodisponible de las emisiones de betún. [112] En particular, se demostró que las temperaturas superiores a 199 °C (390 °F) producían un mayor riesgo de exposición que cuando el betún se calentaba a temperaturas más bajas, como las que se utilizan normalmente en la producción y colocación de mezclas de pavimento asfáltico. [113] La IARC ha clasificado los vapores de asfalto de pavimentación como posible carcinógeno de Clase 2B , lo que indica pruebas inadecuadas de carcinogenicidad en humanos. [112]
En 2020, los científicos informaron que el betún es actualmente una fuente importante y en gran medida pasada por alto de contaminación del aire en las áreas urbanas, especialmente durante los períodos cálidos y soleados. [114] [115]
Una sustancia parecida al betún que se encuentra en el Himalaya y se conoce como shilajit se utiliza a veces como medicina ayurvédica , pero en realidad no es alquitrán, resina o betún. [116]
varias fuentes han definido el betún como crudo petróleo con una viscosidad dinámica en condiciones de yacimiento de más de 10.000 centipoises.
El suministro canadiense de "betún" se acepta más vagamente como producción de los depósitos de arenas bituminosas de Athabasca, Wabasca, Peace River y Cold Lake.
La mayor parte del petróleo producido en estos depósitos tiene una gravedad API de entre 8° y 12° y una viscosidad de yacimiento de más de 10.000 centipoises, aunque los volúmenes pequeños tienen gravedades API más altas y viscosidades más bajas.
El betún mezclado con arcilla se llamaba habitualmente asfalto.
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