*Por los Ings. Pablo Cabrera, Ana Castro Luna y Gerardo Botasso.
Las ciudades del mundo enfrentan un desafío cada vez más evidente, el aumento sostenido de la temperatura del aire y de las superficies urbanas. Una de las causas principales es la gran cantidad de áreas impermeables, especialmente las superficies pavimentadas con mezcla asfáltica, que absorben hasta el 95% de la radiación solar que reciben, lo que contribuye a que estos alcancen temperaturas superficiales que superan fácilmente los 60°C en verano, calentando el aire circundante y alimentando el fenómeno conocido como isla de calor urbana.
Esta situación afecta directamente al confort térmico, incrementa el consumo energético y profundiza los efectos del cambio climático a escala local. En este contexto, los llamados pavimentos fríos se presentan como una solución innovadora y necesaria. Se trata de superficies viales capaces de reducir su temperatura superficial cuando están expuestos a mismas condiciones de irradiación solar que los pavimentos convencionales de mezcla asfáltica.
Que es el TiO2 y por qué utilizarlo en pavimentos
El dióxido de titanio (TiO2) es un pigmento ampliamente utilizado como pigmento blanco debido a su estabilidad, su capacidad de dispersar la luz y su alto índice de refracción. Pero más allá de su aplicación estética, el TiO2 es un material que presenta propiedades fisicoquímicas muy particulares que lo convierten en un candidato interesante para modificar mezclas asfálticas.
En primer lugar, el TiO2 es un semiconductor. Esto significa que posee una estructura electrónica organizada en dos bandas, una banda de valencia que es donde se encuentran los electrones disponibles, y una banda de conducción que los electrones pueden alcanzar si reciben la energía suficiente.
Cuando el TiO2 absorbe radiación cuya energía coincide con la diferencia entre esas bandas, un electrón puede saltar de la banda de valencia a la banda de conducción, generando lo que se conoce como par electrón-hueco. Esto permite que el electrón pueda reaccionar con oxígenos disponibles en el medio, y que el hueco (donde el electro está ausente) actúa como un sitio altamente activo, capaz de inducir interacciones con especies químicas cercanas.
Este mecanismo ampliamente estudiado en aplicaciones fotocatalícias, hace que el TiO2 no sea simplemente un pigmento, sino un material con propiedades anti-aging, es decir, con capacidad de reducir o retardar procesos de degradación inducidos por la radiación solar o agentes oxidantes. Estas características abren la posibilidad de aprovecharlo dentro de mezclas asfálticas, donde el envejecimiento del ligante es uno de los principales factores que afectan la vida útil del pavimento.
Trabajo realizado en el LEMaC Centro de Investigaciones Viales UTN FRLP – CIC PBA
Para evaluar las posibilidades de utilizar TiO2 para obtener pavimentos fríos, se trabajó con una mezcla tipo MAC F10, definida según el Pliego de Especificaciones Técnicas de Vialidad Nacional Argentina. Este microaglomerado asfáltico en caliente utiliza un tamaño máximo nominal de 12 mm, una granulometría tipo F y un contenido de cal que, en el caso de la mezcla de referencia, se encuentra en su valor máximo admisible de 3%.
Para producir la mezcla asfáltica modificada, se reemplazó en la curva granulométrica un 2% de ese 3% de cal por TiO2, incorporándolo en forma de polvo micrométrico por vía seca, quedando la dosificación como se observa en la Figura 1.
A partir de ambas mezclas se elaboraron probetas tipo Marshall, que permitieron evaluar parámetros Marshall, los cuales se encontraron dentro de los rangos establecidos por Vialidad Nacional. Incluso, en ensayos como el Lottman modificado, la mezcla con TiO₂ mostró una mejora, tal y como se muestra en la Tabla 1.
Desde el primer momento se apreció un cambio evidente: la mezcla con TiO₂ mostró un color marrón oscuro, diferente del negro típico del pavimento convencional, lo cual corresponde al efecto visual directo del pigmento incorporado en la masa de la mezcla, Figura 2.
A partir de allí, el estudio se enfocó en comprender el comportamiento del mastic presente en cada mezcla. El mastic es la fracción compuesta por el ligante más todos los fillers, y es clave porque concentra buena parte de los procesos de envejecimiento y degradación química. En la mezcla convencional, el mastic estaba formado por el ligante AM-3 junto con la cal y el material pasante 75 μm propio de la mezcla. En la modificada, incluía el mismo ligante y los fillers propios, más el 1% de cal y el 2% de TiO₂ utilizados como reemplazo. Con estos materiales se llevaron a cabo diferentes procedimientos de envejecimiento, incluyendo el RTFOT para simular el envejecimiento térmico a corto plazo, la combinación RTFOT + PAV para el envejecimiento más severo y prolongado, y un envejecimiento foto-oxidativo mediante radiación UV para recrear la acción de la intemperie en el largo plazo.
Luego del envejecimiento, los mastics fueron evaluados mediante un reómetro de corte dinámico (DSR) que, entre otras tantas cosas, permite analizar el parámetro de ahuellamiento y la susceptibilidad al daño por fatiga. Los resultados fueron consistentes y muy claros: el mastic con dióxido de titanio conservó el desempeño a altas temperaturas, siendo de 118°C en ambos casos, pero mejoró su integridad mecánica frente al fenómeno de fatiga, mostrando una mayor resistencia a la fragilización que típicamente acompaña el envejecimiento del ligante, Figura 3.
Además del análisis mecánico, se realizaron estudios químicos utilizando espectroscopía FTIR para identificar la presencia de grupos funcionales asociados a oxidación, como los carbonilos en torno a los 1700 cm⁻¹, aromáticos en los 1601 cm⁻¹ y sulfóxidos cerca de los 1030 cm⁻¹. Nuevamente, la diferencia fue evidente: el mastic con TiO₂ mostró una menor aparición de grupos carbonilo, lo que indica que, aun bajo condiciones de envejecimiento severas, el ligante sufrió menos reacciones de oxidación, Figura 4.
Este comportamiento se alinea de manera coherente con los resultados reológicos y sugiere que la presencia de dióxido de titanio genera un efecto protector frente a la radiación UV y frente a los procesos que normalmente aceleran la degradación del ligante.
Además de los estudios de laboratorio, se estudió el comportamiento térmico real de ambas mezclas en condiciones de intemperie. Para ello, se colocaron probetas tipo Wheel Tracking en la terraza del LEMaC expuestas al sol y al ambiente durante un año. Durante el primer mes, se realizaron mediciones de temperatura superficial y se observó que la mezcla con dióxido de titanio ya presentaba temperaturas algo menores, aproximadamente unos 4 °C por debajo de la mezcla convencional en los momentos de mayor radiación solar. Visualmente, la mezcla tradicional se mantuvo prácticamente igual, con un leve cambio hacia un negro más opaco, mientras que la mezcla con TiO₂ mantuvo su tonalidad marrón oscura inicial.
Al cabo de doce meses, el comportamiento fue aún más llamativo. La mezcla convencional mostró el cambio de color típico del asfalto expuesto a la intemperie, pasando de un negro intenso a un gris oscuro producto de la oxidación natural del ligante. En cambio, la mezcla con dióxido de titanio evolucionó hacia un gris claro, mucho más reflectivo que la mezcla convencional, Figura 5. Este aclaramiento se vio acompañado de una disminución todavía mayor de la temperatura superficial: en promedio, alrededor de 9 °C menos que el pavimento convencional bajo las mismas condiciones de exposición, Figura 6. La diferencia era tan visible como sensible: el pavimento modificado reflejaba más luz, absorbía menos energía y, en consecuencia, alcanzaba temperaturas considerablemente menores.
El resultado global del estudio muestra que la incorporación del 2% de dióxido de titanio en una mezcla asfáltica MAC F10 genera un doble beneficio. Por un lado, reduce de manera significativa la temperatura superficial del pavimento gracias a su efecto sobre el color y el albedo, favoreciendo la mitigación de la isla de calor urbana y disminuyendo el aporte de calor al ambiente circundante. Por otro, retrasa la oxidación del ligante y mejora la resistencia a la fatiga, extendiendo la vida útil del pavimento. En conjunto, estos efectos posicionan al TiO₂ como un modificador capaz de mejorar tanto el desempeño ambiental como la durabilidad de los pavimentos, ofreciendo una solución integral a dos de los grandes desafíos actuales del sector vial.
