Effect of physicochemical heterogeneity on adhesion phenomenon between bitumen and aggregates in asphalt mixtures

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dc.contributor.advisorChaves Guerrero, Arlex
dc.contributor.advisorViejo Abrante, Fernando
dc.contributor.advisorHoyos Marín, Luis Javier
dc.contributor.authorLópez Contreras, Yuly Fernanda
dc.date.accessioned2024-03-03T23:35:08Z
dc.date.available2017
dc.date.available2024-03-03T23:35:08Z
dc.date.created2017
dc.date.issued2017
dc.description.abstractEsta tesis doctoral contribuyó a avanzar en el entendimiento de la influencia de las propiedades fisicoquímicas de los materiales a nanoescala sobre el fenómeno de adhesión entre asfalto y agregados minerales en mezclas asfálticas. Diferentes técnicas a escala macroscopica, y a escala nanométrica se emplearon para el estudio de la mojabilidad, adsorción y adhesión de sistemas asfalto-agregado. Los resultados obtenidos fueron analizados para identificar sus posibles efectos sobre las propiedades de las mezclas asfálticas, y la correlación entre escala macroscópica y nanométrica fue evaluada. Una metodología para monitorear en tiempo real la adsorción de las moléculas de asfalto sobre la superficie de minerales haciendo uso de la QCM fue desarrollada, esto teniendo en cuenta que no se dispone en la literatura de aplicaciones de la QCM para la evaluación de las propiedades del sistema asfalto-agregado. A partir de los datos de obtenidos con la QCM es posible construir isotermas de adsorción para estudiar de una manera más confiable y precisa las propiedades fisicoquímicas del sistema. Se observó una buena correlación entre los resultados obtenidos a escala macroscópica de energía superficial libre y la medición de adhesión por tracción. Los resultados para el análisis de adhesión con AFM indican una mayor fuerza adhesiva entre los asfaltos con superficies de SiO2 que con CaCO3. Los datos de adsorción obtenidos con QCM siguieron la misma tendencia observada a escala macroscópica. Los datos de adsorción obtenidos con QCM mostraron la formación de una película viscoelástica sobre la superficie de los minerales empleados, que corresponde a la naturaleza viscoelástica del asfalto. El fenómeno de adsorción fue satisfactoriamente descrito por la isoterma de Freundlich para sistemas heterogéneos, lo cual confirma la influencia de la heterogeneidad fisicoquímica en el fenómeno de adhesión entre asfalto-agregado.
dc.description.abstractenglishThis dissertation contributed to the better understanding at nanoscale of the influence of physicochemical properties on adhesion phenomenon between bitumen and aggregates as present in asphalt mixtures. Different macroscopic and nanoscopic techniques were used to study the wettability, adsorption, and adhesion of the bitumen-aggregate system. Results were analyzed to identify the possible effect on asphalt mixture properties, and the correlation between macroscopic and nanometric scale was assessed. A methodology to monitor in real time the adsorption of bitumen molecules on minerals surface using the QCM was developed. This considering that there is no evidence in the literature of its application to study the properties of bitumen-aggregate systems. QCM results were used to obtain adsorption isotherms, which allows the study of the physicochemical properties of the system in a more reliable and accurate way. Results indicate that there is a good correlation between surface free energy and bitumen bond strength measured at macroscopic scale. Results for adhesion measured with AFM showed a higher adhesive force between bitumens and SiO2 surfaces than with CaCO3. From AFM, it was identified that the nitrogen content in bitumens would have a positive effect in adhesion force evaluated at nanoscale. Adsorption data obtained with QCM support the observed trend at macroscopic scale. A higher mass adsorbed at equilibrium was obtained for bitumens with lower surface energy. A viscoelastic film was deposited on minerals surfaces, which is consistent with the viscoelastic nature of bitumen. Adsorption phenomenon was satisfactory described by Freundlich isotherm for heterogeneous systems, a fact that demonstrates the influence of physicochemical heterogeneity on adhesion between bitumen and mineral aggregates.
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/37557
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenierías Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
dc.subjectMezcla Asfáltica
dc.subjectPropiedades Fisicoquímicas De Mezclas Asfálticas
dc.subjectIsotermas De Adsorción
dc.subjectMicrobalanza De Cristal De Cuarzo
dc.subjectMojabilidad
dc.subjectAdhesión.
dc.subject.keywordAsphalt Mixture
dc.subject.keywordPhysicochemical Heterogeneity
dc.subject.keywordPhysicochemical Properties Of Asphalt Mix
dc.subject.keywordAdsorption Isotherms
dc.subject.keywordQuartz Crystal Microbalance
dc.subject.keywordWettability
dc.subject.keywordAdhesion.
dc.titleEffect of physicochemical heterogeneity on adhesion phenomenon between bitumen and aggregates in asphalt mixtures
dc.title.englishEffect of physicochemical heterogeneity on adhesion phenomenon between bitumen and aggregates in asphalt mixtures3
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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