Planteamiento del problema y motivación

Por lo general, los agregados pétreos conforman más del 90 % y del 75 % de la masa y del volumen de mezclas asfálticas, respectivamente. Esto hace que, en la construcción, mantenimiento y rehabilitación de vías, se consuman grandes cantidades de este material, el cual es principalmente de origen natural. Lo anterior redunda en un impacto ambiental negativo. En las últimas dos décadas ha venido creciendo el interés por reemplazar materiales granulares naturales (MGN) por otros alternativos, con el objetivo de conservar los recursos naturales, reducir el espacio que ocupan al final de su vida útil en las escombreras e impedir el deterioro del paisaje ^[1]. Uno de los materiales alternativos que pueden ser utilizados como sustitutos de MGN son las escorias de alto horno (BFS, por sus siglas en inglés) y las de acero (SS, por sus siglas en inglés). Importantes cantidades de estos materiales se generan como desecho diariamente en las industrias de acero. Para dar un ejemplo, de acuerdo con ^[2], en EE.UU. se producen aproximadamente ocho millones de toneladas de escoria de acero por año, mientras que en Europa se producen doce millones de toneladas ^[3]. El método convencional de eliminar escorias es llevándolas a escombreras. La creciente eliminación de escorias no solo ocupa espacios de terreno, sino que también desperdicia recursos que pueden ser reutilizados y que, potencialmente, pueden tener un impacto en el medio ambiente debido a la contaminación del agua, el aire y el suelo producto de la liberación de metales y elementos químicos que pueden causar problemas ambientales ^[4]. Desde el punto de vista ambiental, entonces, la sustitución de MGN por escorias es una alternativa interesante de estudio en el área de las mezclas asfálticas. Incluso las escorias pueden ser una alternativa técnica y económica en zonas donde escasean MGN de buenas propiedades físicas y donde es necesario traer dichos materiales de regiones distantes con el consecuente encarecimiento del costo de los proyectos viales ^[5]. Por otro lado, con respecto al uso de materiales alternativos, aún existen diversas inquietudes ligadas a la evaluación del desempeño técnico y ambiental en proyectos viales, las cuales no han sido respondidas de manera satisfactoria ^[6].

Diversos estudios han sido ejecutados en el mundo con el fin de evaluar las pro piedades de las escorias para diferentes aplicaciones. En el presente estudio se realiza una revisión bibliográfica sobre el estado actual del conocimiento y se describen las diversas investigaciones que han sido ejecutadas sobre escorias (BFS y SS), con el fin de evaluar su uso potencial en la fabricación de mezclas asfálticas. De la bibliografía consultada no existe actualmente una revisión que profundice sobre el uso de escorias para producir mezclas asfálticas y, en ese sentido, el presente artículo hace un aporte. El objetivo principal del estudio es tomar las conclusiones del mismo como punto de partida para la ejecución de un proyecto de investigación que se está realizando en la Universidad de Brasilia sobre el desarrollo de una mezcla asfáltica tibia reciclada bajo parámetros técnicos, económicos y medioambientales. Asimismo, la presente revisión bibliográfica sirve como punto de partida para que otros investigadores y grupos de investigación la consulten y tengan en cuenta en futuros estudios sobre el tema.

Riesgo toxicológico de uso de BFS y SS

La liberación de metales o elementos nocivos de las escorias puede causar problemas ambientales como la contaminación del agua y del suelo, y un riesgo toxicológico para los seres humanos a través de la inhalación de pequeñas partículas (<10 μm). Sin embargo, de acuerdo con ^[2] y ^[7], las escorias BFS y SS no deben considerarse como un residuo peligroso, ya que no superan la concentración de toxicidad especi ficada como peligrosa de acuerdo al criterio TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) ^[8], En estos estudios se realizaron ensayos de lixiviación de metales pesados empleando las metodologías ICPAES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer) y TCLP. Se concluyó que ambos materiales están dentro de los límites legales de emisiones contaminantes en Italia. En un estudio realizado por ^[9], se encontró que las SS no representan ninguna amenaza para los seres humanos, los animales o el medio ambiente. De acuerdo con ^[3], las carreteras construidas con SS, ya sea que se empleen como materiales granulares no tratados o ligados, no influyen en el medio ambiente por lixiviación. Por su parte ^[10], con base en un análisis químico y empleando un espectrofotómetro de absorción atómica de grafito para evaluar la toxicidad del metal lixiviado de SS, concluyen que los materiales estudiados pueden utilizarse de manera segura en la construcción de carreteras. De otro lado, Barišić et al. ^[11], realizaron ensayos para evaluar el efecto, sobre gusanos, de la composición química, el oxígeno disuelto, la radioactividad, los biomarcadores moleculares y los valores de pH del lixiviado de dos SS y concluyeron que no representan un riesgo para el medio ambiente cuando son usadas en proyectos de carreteras. Sin embargo, reportan que la cantidad de vanadio debe ser monitoreado en dichos proyectos. Según ^[12], la lixiviación de metales pesados en escorias es baja y no son caracterizados como materiales tóxicos (teniendo como base las especificaciones internacionales y griegas). Por su parte ^[13], basado en ensayos de lixiviación sobre SS confirma que los metales pesados de la SS no se pueden separar fácilmente, incluso en condiciones ácidas. En ^[14] fueron realizadas pruebas de lixiviación sobre cinco mezclas asfálticas fabricadas con agregado compuesto por 40 % de SS fabricadas en arco eléctrico. Ellos reportan que no puede considerarse insignificante la cantidad de lixiviado medido, sin embargo, resultó aceptable. Según ^[15], en proyectos de carreteras, las escorias pueden causar liberación de cromo y vanadio que son elementos tóxicos. Basados en ensayos de lixiviación, reportaron que la liberación de cromo es baja mientras que la de vanadio puede ser importante. En ^[16] también reportaron que, en mezclas asfálticas compuestas por SS, la lixiviación de cromo es baja y no afecta al medio ambiente. Adicionalmente ^[17] y ^[18] concluyen que las escorias ayudan a incrementar el pH de aguas subterráneas. Asimismo, ayudan a aumentar el pH en los suelos ^[19]. Una conclusión similar con respecto al agua fue reportada por ^[20] en donde se menciona que el pH alto y el contenido de aluminio pueden lixiviar a niveles que pueden ser dañinos para la vida acuática. Sin embargo, estos últimos autores mencionan, que ninguna de las aplicaciones actuales de la escoria de la industria siderúrgica plantea un riesgo potencialmente significativo para la salud humana o una amenaza para las fuentes de agua potable de las aguas subterráneas.

1.1 Generalidades

Las escorias pueden ser clasificadas en tres categorías: las ferrosas, como las escorias de alto horno (BFS por sus siglas en inglés), las no ferrosas y las que se producen por incineración ^[4]. Las BFS se generan durante el proceso de obtención de hierro. Se forman cuando el mineral de hierro, coque y un fundente (ya sea de piedra caliza o dolomita) se funden juntos en un alto horno. Cuando el proceso de fundición metalúrgico se completa, la cal en el flujo se ha combinado químicamente con los aluminatos y silicatos de la ceniza de mineral y el coque, formando la escoria de alto horno ^[21,22]. Las escorias al salir de los altos hornos son enfriadas lentamente al aire libre (ACBFS, Air-Cooled Blast Furnace Slag) o rápidamente aplicándoles chorros de agua fría (escorias expandidas) ^[23]. Las primeras son utilizadas principalmente en la construcción como agregado pétreo (concreto y materiales de relleno, entre otros), mientras las segundas son más utilizadas en la producción de cemento. Asimismo, las escorias expandidas, debido a su mayor porosidad y reducido peso en comparación con las ACBFS ^[24], son utilizadas en la fabricación de concretos y mampuestos ligeros. Las BFS contienen poco hierro (FE<2 %) en comparación con las de acero (SS) ^[4].

De acuerdo con ^[2] y ^[25], la producción anual de BFS en Japón y Reino Unido es de 24,3 y 4,0 millones de toneladas, respectivamente. Según ^[2,26,27], por cada tonelada de hierro producido se genera una cantidad de BFS entre 220 y 370 kg, 340 y 421 kg y 260 y 300 kg, respectivamente. De acuerdo con ^[27], la producción de BFS representa casi el 30 % del calor residual liberado por las industrias manufactureras de hierro y acero. Hace tres décadas, más de 13 millones de toneladas de BFS eran producidas en EE. UU. ^[28].

El método convencional para eliminar escorias es transportándolas y deposi tándolas en escombreras. Lo anterior genera un problema ambiental, ya que ocupan espacios dentro de los rellenos sanitarios y se desperdicia un material que puede ser reutilizado. Según ^[6], al utilizar BFS se podría i) reducir el uso de agregados pétreos naturales, evitando así, adicionalmente la liberación de contaminantes en el aire, el agua y el suelo durante el procesamiento de dichos materiales, ii) disminuir el consumo de energía durante el proceso de extracción de agregados naturales.

Las BFS han sido utilizadas ampliamente en el mundo desde hace más de un siglo. Algunos usos han sido: como fertilizantes ^[7], en la construcción de carreteras ^[29], en la recuperación de suelos y en la preparación de materiales tales como vidrio de cerámica, gel de sílice, ladrillos, entre otros ^[26]. Sin embargo, tal vez su mayor uso es en la producción de cemento ^{[14,26,28,30,31]}, ya que este tipo de escoria ^[29]: i) contiene poco hierro, alto contenido de óxido de calcio y composición similar al clinker, ii) es un material que puede ser utilizado de forma segura junto con el clinker y el yeso, iii) debido al bajo contenido de hierro que contienen pueden ser usadas con seguridad en la producción de cemento, iv) ayudan a desarrollar en el cemento propiedades tales como bajo calor de hidratación, buena resistencia a largo plazo y a los ácidos, v) permiten hacer ahorros a las industrias del cemento. Adicional a lo anterior, ^[30] y ^[32] mencionan que las BFS exhiben propiedades cementantes. Con respecto al uso de BFS en proyectos de construcción, existen pocas preocupaciones ambientales, ya que los metales y componentes en dichas escorias están fuertemente adheridos a su matriz y no lixivian fácilmente.

1.2 Propiedades de las BFS y uso en mezclas asfálticas

En la tabla 1 se presenta la composición química típica de las BFS.

Tal como se observa en la tabla 1, las BFS se componen principalmente de SiO2, CaO y Al2O3. Mineralógicamente, las BFS se componen principalmente de cuarzo (SiO2) y la cristobalita (fase cúbica de alta temperatura del sílice ‒SiO2) ^[37]. El SiO2 y el Al2O3 son compuestos puzolánicos los cuales, en tamaños de partículas muy finas, pueden desarrollar propiedades autocementantes (no necesitan ser activadas con agua o cal) ^[39]. Esta propiedad puzolánica puede incrementar la resistencia al daño por humedad de mezclas asfálticas ^[40]. Además, la presencia de un alto contenido de cuarzo en el BFS revela que este puede desarrollar una buena resistencia mecánica. Asimismo, el SiO2 y el Al2O3 pueden mejorar la adhesión superficial asfalto-agregado ^[41]. De acuerdo con ^[41,42], el CaO es una composición alcalina que contribuye a aumentar la adhesión entre el asfalto y el agregado, y mejora la resistencia de las mezclas al daño por humedad y al stripping. ^[42] reporta que el SiO2 es un material de alta dureza y resistencia mecánica, y el Al2O3 puede mejorar la adherencia entre el agregado y el asfalto, incrementando la resistencia de las mezclas al ahuellamiento.

Con respecto a la utilización de BFS en la producción de mezclas asfálticas, muy pocos estudios han sido realizados en comparación con los otros usos reportados con anterioridad y con el empleo de SS. ^{[24,25,37,43]} reportan que, al triturarse estos materiales, producen un agregado con una textura superficial rugosa de alta porosidad que resulta en buenas características adhesivas con ligantes asfálticos. Sin embargo, estas propiedades llevan a la necesidad de mayores cantidades de asfalto para producir una mezcla, generando un incremento en el costo ^[21,25]. Adicionalmente, las BFS podrían precisar de mayores periodos de calentamiento en plantas de asfalto para secarlas ^[44]. A pesar de lo anterior, este mayor costo se podría compensar con el mayor rendimiento (volumen por masa) de BFS como agregado debido al menor peso unitario de la mezcla, ya que las BFS tienden a presentar menor densidad y gravedad específica en comparación con MGN ^[24,37,43]. En ^[37], utilizando un microscopio electrónico de barrido (MEB), se reportan que la porosidad promedio de una BFS osciló entre 9 % y 63 % mientras que un MGN fue del 7 %. Asimismo, el diámetro de las gargantas porales de la BFS fue mayor (entre 30,3 y 82,6 μm) comparado con las de la MGN (12 μm).

Algunas conclusiones obtenidas por la FHWA ^[21] son: i) debido a su forma angular y textura superficial rugosa, las BFS generan un alto ángulo de fricción (entre 40° y 45°, evaluadas a través de ensayos triaxiales ^[24]). Lo anterior ayuda a que, al ser usadas para conformar mezclas asfálticas en capas de rodadura, generen buena resistencia a la fricción neumático-pavimento. ii) Mezclas asfálticas fabricadas con BFS han demostrado buena resistencia al fenómeno del stripping y alta estabilidad. Incluso en algunos estudios se ha evidenciado buena resistencia a las deformaciones permanentes bajo carga cíclica ^[28]. Sin embargo, la resistencia al impacto y a la abrasión en algunos casos no es alta y el material puede descomponerse en condiciones de tráfico pesado ^[37]. Por lo anterior, estos materiales como agregados han sido más utilizados en la conformación de capas asfálticas de pavimentos con bajo tráfico. iii) La variabilidad en el proceso de producción de hierro puede dar lugar a heterogeneidad en las propiedades físicas (gradación, gravedad específica, absorción y angulosidad) y químicas (ver tabla 1). iv) Aunque la resistencia al desgaste por abrasión de las escorias de alto horno en la máquina de los ángeles no es particularmente favorable, el rendimiento de campo ha sido satisfactorio. Por tal razón, este ensayo ha sido eliminado de algunas especificaciones estándar para caracterizar escorias de alto horno. v) Tienen buena afinidad con el asfalto, lo que ayuda a desarrollar una buena adherencia. vi) Por ser un material poroso en comparación con agregados convencionales, puede ser necesario un tiempo de secado más largo en plantas de producción de mezclas asfálticas.

Con base en los resultados de desgaste en Micro-Deval y 10 % de finos, en ^[37] reportan que las BFS presentan una buena resistencia al desgaste por abrasión por fricción entre partículas y al fracturamiento bajo carga monotónica, respectivamente. Sin embargo, tal como se reporta en estudios anteriores, las BFS son materiales que experimentan baja resistencia al desgaste por abrasión por impacto en la máquina de los ángeles. Asimismo, reportan, que dicho material presenta partículas con formas ideales (redondeadas con caras angulares y fracturadas con muy poco contenido de partículas alargadas y aplanadas) para desarrollar un buen esqueleto granular que ayude en procesos de compactación de mezclas asfálticas, así como a resistir cargas estáticas, dinámicas o de impacto. Las partículas finas no presentan contenido de arcilla, materia orgánica o de polvo que genere disminución de adherencia entre el agregado pétreo y el asfalto, y disminución de resistencia y durabilidad de la mezcla por exceso de finos o contaminantes.

En comparación con las SS, las BFS son volumétricamente más estables ^{[25, 45]}. Sin embargo, a largo plazo, estos materiales pueden tener problemas asociados a reacciones químicas con el agua (principalmente hidratación de partículas con propiedades puzolánicas presentes en las BFS que no han sido previamente activadas), ciclos de congelamiento-secado que pueden producir transformaciones químicas, entre otros factores, que generen agrietamientos y alteraciones en las partículas ^[46].

2.1 Generalidades

Las escorias de acero se producen en hornos básicos de oxigeno (BOF) y en hornos de arco eléctrico (EAF). De acuerdo con ^[2,47] se producen en una cantidad entre el 10 %-15 % y 15 %-20 % en peso de la producción de acero, respectivamente. La BOF se produce soplando oxígeno al hierro fundido, el cual es mezclado con flujos adicionales y chatarra de acero reciclado. El proceso refina el hierro mediante fusión con un fundente, tal como piedra caliza o dolomita, en condiciones oxidantes. Las impurezas del hierro, tales como el carbono y el silicio, se oxidan o se combinan químicamente con la escoria. La EAF se genera durante la producción de aceros más especializados ^[25] y por lo general presenta mayor cantidad de hierro y menor contenido de óxidos de magnesio y calcio libres que la escoria BOF ^[3,48,49]. Lo anterior las hace ser más densas y resistentes a la abrasión, a cargas monotónicas y por impacto, que las BOF. Adicionalmente, a diferencia del proceso BOF, en las EAF no se utiliza metal caliente ^[30].

La cantidad de SS de diferentes industrias siderúrgicas es de 150 a 200 kg/tonelada de acero producido ^[26]. La producción anual de SS en China es de cerca de 17 millones de toneladas ^[50]. Según ^[51], en China cerca de 100 millones de toneladas de SS se generan todos los años y la cantidad de almacenamiento acumulado ha superado los 1,2 billones de toneladas. La producción anual de acero y SS en 2010 en China fue de 626,7 millones de toneladas y 90 millones de toneladas, respectivamente, y la tasa de utilización de SS fue del 22 % ^[52]. Cincuenta millones de toneladas por año de SS se producen como subproducto en el mundo ^[53]. En Grecia, las tasas de producción anual de SS se han estimado en 1,6 millones de toneladas ^[49]. En Irán dicha tasa anual es de 3 millones ^[54]. En Letonia se producen anualmente entre 100 y 200 mil toneladas de SS ^[55]. En Brasil, alrededor de 3 millones de toneladas por año de SS son generadas por las fábricas de acero ^[56]. La industria de fabricación de acero en los Estados Unidos genera de 9 a16 millones de toneladas de SS al año, de las cuales se utiliza como agregado pétreo en carreteras y en la construcción de pavimentos aproximadamente entre 50 % y 70 %, y en otras aplicaciones diversas aproximadamente 10 % a 15 % ^[57,58]. En Alemania más del 90 % de las escorias son reutilizadas en proyectos viales ^[59]. En Europa se producen más de 12 millones de escorias al año ^[3]. En ^[11] reportan en Croacia, la existencia de vertederos con aproximadamente 1,5 millones de toneladas de SS.

Algunos usos de las SS identificados son: producción de concreto ^[5,60,61], cemento y la construcción de carreteras ^[49], en estabilización de suelos y empleo como materiales granulares no tratados en diferentes aplicaciones y en pavimentos (base, subbase, afirmados, entre otros) ^[62-64], como fertilizantes ^[3,52], como material adsorbente en el tratamiento de aguas residuales urbanas y aguas residuales industriales ^[65], en la agricultura ^[52,66,67], en la estabilización de bancas para los ríos ^[3], y en la recuperación de acero residual (se estima en un 10 % ^[52]) y de metales ^[26]. En esta última aplicación, los contenidos de Mn, CaO y MgO presentes en el hierro recuperado o reciclado de las SS podrían mejorar el nuevo hierro o acero obtenido a partir de dicho reciclaje ^[68].

2.2 Propiedades de las SS y uso en mezclas asfálticas

En la tabla 2 se presenta la composición química típica de las SS.

En ^[59], basados en múltiples estudios consultados, se hacen reportes sobre nueve escorias BOF y once EAF, composición química similar a las reportadas en la tabla 2. Los resultados presentados en la tabla 2 son coherentes con los reportados por ^[30,73] sobre cuatro tipos de SS estudiadas en Suecia y por ^{[8,50,53,74,75]}. Como se observa en la tabla 2, los principales componentes de las SS son CaO, Fe, SiO₂, MgO y MnO. Estos componentes le podrían atribuir a las SS alta dureza, resistencia a la abrasión, a cargas de impacto, monotónicas y cíclicas. Adicionalmente, la alta magnitud de la relación CaO/SiO₂ de las SS genera una mejor adherencia entre el agregado y el asfalto ^{[44,56,70,76,77]}. La composición química y la microtextura rugosa de las SS permite que se formen fuertes entrecruzamientos de partículas ^[78,79] y enlaces adherentes con el asfalto ^{[49,50,80-82]}. En ^[59], basados en las propiedades hidrófobas de una BOF y un pH cercano a 12, señalan que este material proporciona buena adhesión con el asfalto y ayudan a resistir fenómenos como el stripping. En ^[54], basados en imágenes obtenidas con microscopía electrónica de barrido (SEM) de una escoria EAF, reportan que estos materiales pueden desarrollar una adhesión más fuerte con el asfalto en comparación con mezclas convencionales, principalmente por su porosidad. Una mayor adherencia de una escoria BOF con el asfalto, en comparación con basalto y granito, es también reportada por ^[83] basados en la composición mineralógica, química y en ensayos de tracción indirecta (empleando una máquina universal y analizando, como variables, dos espesores de película bituminosa, tres temperaturas de ensayo y tres tratamientos de humedad).

Según ^[84], no todas las SS son apropiadas para ser usadas como agregados en mezclas asfálticas. En especial aquellas ricas en CaO y MgO, tienden a expandirse en ambientes húmedos por hidratación de dichos componentes químicos cuando estos no han reaccionado con las estructuras de silicato ^{[14,24,45,53,57,58,70,75,85-87]}. Esta propiedad ha sido identificada por diversos investigadores y establecida como la principal limitación de uso de SS en la construcción de carreteras ^[3,10,54,88]. Sin embargo, algunos investigadores han reportado que este problema de expansión se puede evitar sometiendo las SS a un largo período de intemperismo o envejecimiento natural ^[24,56,89] durante al menos un año antes de que se utilice como agregado secundario. Sin embargo, esta técnica puede ser penalizada por exponer al aire libre las SS al medio ambiente ^[90]. Con base en información proporcionada por un fabricante de escoria llamado Multiserv, ^[58], a manera de ejemplo, mencionan que el contenido típico de cal libre para una escoria BOF en estado inicial y envejecido durante mínimo un año de edad es de 14,5 % y 4,5 %, respectivamente. Es decir, sí existe una disminución en el contenido de cal libre cuando se envejecen este tipo de escorias. A pesar de lo anterior, en el mismo estudio concluyen que, en algunos casos, el envejecimiento de las escorias no necesariamente asegura su estabilidad volumétrica. Otra forma de evitar la expansión es recubriendo adecuadamente las partículas con una suficiente película de asfalto que no permita que el agua entre en contacto con el agregado ^[25]. Este recubrimiento también es de alta importancia porque en presencia de agua, los oxidos (SiO2, Fe2O3, MgO y Al2O3) que componen las SS pueden reaccionar y separarse del agregado pétreo generando strippping ^[70]. En ^[91] mencionan que mezclar SS con Fayalita ayuda a inhibir la reacción de expansión. En ^[58] reportan que sustituir un 10 % de una escoria BOF por ceniza volante del tipo C puede suprimir su comportamiento expansivo.

Al igual que las BFS, las SS presentan propiedades cementantes ^[29,51,92] debido a la presencia de C3S, C2S y C4AF ^[93]. En la tabla 3 se presentan algunas propiedades físicas de las SS.

Tabla 3 Propiedades físicas de SS. 

Fuente: elaboración propia

En ^[59], basados en seis estudios consultados, se reportan magnitudes de gravedad específica, CBR y desgaste en la máquina de los ángeles similares a las reportadas en la tabla 3. Con base en la tabla 3 se concluye que la densidad de las SS es mayor que la de MGN. Lo anterior es debido principalmente a que las SS contienen alto contenido de hierro ^{[52,58,59,73]}. Esta propiedad podría aumentar el costo de transporte de la SS como agregado y de las mezclas fabricadas con dichos materiales. Adicionalmente, son materiales de alta dureza, densidad, absorción y resistencia a la abrasión ^{[5,49,50,53,55,58,69,81,85,88,94,98-102]}, presentan superficie rugosa y buena forma de partículas en cuanto a angularidad y caras fracturadas ^[54,74]. La mayor resistencia a la abrasión es fundamentada por el alto contenido de Fe₂O₃ y SiO₂ ^[70]. Debido a sus altos niveles de dureza y angularidad, mezclas fabricadas con SS han desarrollado mayor resistencia al deslizamiento (neumático-pavimento) en pruebas realizadas en laboratorio y a escala real sobre vías pavimentadas ^{[1,25,47,48,80,81,85,103]}. Con base en ensayos realizados sobre tres agregados naturales producidos por diferentes canteras ubicadas en Brasil y un tipo de SS, en ^[104] se reporta que la SS es más resistente al desgaste por pulimento. De acuerdo con ^[97], la mayor dureza de las SS puede ser beneficial en países donde se utilizan neumáticos para reducir los accidentes relacionados con la nieve y el hielo en época de invierno. Según ^[73], las SS son difíciles de triturar y moler. En ^[52] reportan que el índice de molienda de las escorias de acero es menor (0,7) comparado con las escorias de alto horno (0,96) y arenas estándares (1,0). Lo anterior incide en el costo de uso de las SS.

En ^[105] se menciona que, a pesar de que las partículas de SS en forma de nido de abeja son poco frecuentes, cuando estas están presentes en una mezcla asfáltica generan aumento en el contenido de asfalto y disminución en la resistencia a la deformación permanente, al daño por humedad y al agrietamiento.

Las SS retienen el calor mucho más que los MGN ^{[80,85,87,106,107]}. Las características de retención de calor de las SS pueden ser ventajosas para trabajos de reparación de mezclas asfálticas en caliente durante condición de clima frío ^[53,108]. Adicionalmente, desarrollan mayor conductividad eléctrica. En ^[53] realizaron ensayos sobre una mezcla de concreto asfáltico donde se sustituyó la fracción gruesa de un material calcáreo por SS (se emplearon como ligantes cemento asfáltico tipo AC-5 y AC-10). Los autores concluyen que las mezclas fabricadas con SS permiten su uso en la construcción de pavimentos termoeléctricos (pavimentos con materiales eléctricamente conductivos usados para aumentar el calor del mismo cuando se requiera) para el deshielo de garajes, aceras, calzadas, puentes de carreteras y pistas de aterrizaje.

Al igual que las BFS, las SS presentan generalmente mayor porosidad y rugosidad superficial que MGN ^[76]. Debido a esto, al igual que las mezclas fabricadas con BFS, aquellas fabricadas con SS consumen mayor cantidad de asfalto, pudiendo incrementar el costo de las mismas ^[80,101] y retienen más el agua durante los procesos de calentamiento y secado en las plantas de asfalto ^[44]. Sin embargo, algunos autores han reportado una disminución en la cantidad de asfalto como producto de la mayor gravedad específica de la escoria ^[109], y de que, en algunos casos y en algunos lugares, los MGN presentan mayor angularidad y absorción que las escorias de acero. En un estudio realizado por ^[94,97], por ejemplo, la absorción de la fracción gruesa de la SS y el MGN de origen basáltico era de 2,5 % y 2,0 %, mientras que la fracción fina de 3.7 y 5.2%, respectivamente.

Generalmente, el uso de SS en mezclas asfálticas debe limitarse a la sustitución parcial del agregado natural debido a que las mezclas con sustitución total son susceptibles a experimentar problemas asociados con el aumento del volumen de vacíos (Va) y disminución de los vacíos en agregados minerales (VAM). Lo anterior debido principalmente a su forma angular, porosidad y mayor textura superficial en comparación con MGN ^[10,53,101]. En ^[98] realizaron ensayos sobre una mezcla asfáltica en la cual sustituyeron el 100 % de un agregado calcáreo por SS. Los resultados concluyen que usar 100 % de sustitución no trae beneficios en algunas propiedades como la deformación permanente en clima de alta temperatura y resistencia a fatiga. En ^[100] reportan, que al sustituir completamente el MGN por una SS tipo BOF, los vacíos entre los agregados pétreos (VAM) disminuyen notablemente, generando un muy delgado recubrimiento de las partículas. En ^[10] hallaron una mayor resistencia a la deformación de mezclas fabricadas con SS en comparación con la mezcla de control, excepto para la sustitución del agregado grueso de origen calcáreo al 100 % (ellos plantean que con el 100% de sustitución se necesita mayor cantidad de asfalto). Adicionalmente, mencionan que el porcentaje óptimo de reemplazo fue de 25 %.

Generalmente, el uso de SS como agregado en mezclas asfálticas, incrementa la estabilidad Marshall, la relación estabilidad/flujo y disminuye el flujo ^{[1,53,54,76,101,110]}. En ^[8,74], reportan que mezclas fabricadas con SS desarrollan mayor resistencia en el ensayo de tracción indirecta que mezclas fabricadas con agregados convencionales. En ^{[53,56,89,97]} encontraron que la adición de SS en el concreto asfáltico mejora la resistencia a la deformación permanente de las mezclas. Una conclusión similar fue reportada por ^[76] para el caso de una mezcla tibia (WMA). De acuerdo con ^[1,101], el módulo resiliente de mezclas asfálticas incrementa cuando se sustituyen MGN por SS. En ^[1] realizaron un estudio sustituyendo un agregado calcáreo por dos SS tipo EAF en 0 %, 30 %, 60 % y 90 % (con respecto a la masa total del agregado). La sustitución incluía partículas gruesas y finas del agregado. Se encontró que todas las mezclas de escoria exhibían una mejor resistencia a la deformación permanente que la mezcla de control bajo cargas axiales repetidas. En ^[1,56], basados en ensayos RLAT (Repeated Load Axial Test) concluyen que las mezclas con SS tienen poca probabilidad de desarrollar deformaciones permanentes excesivas. En ^[88], basados en ensayos realizados sobre mezclas asfálticas recicladas en frío, concluyeron que al reemplazar entre el 10 % y el 20 % del peso de un MGN, la resistencia a fatiga evaluada en un ensayo de tensión indirecta incrementa. Una conclusión similar fue reportada por ^[53] cuando se sustituyó, en una mezcla de concreto asfáltico, el 100 % de la fracción gruesa de un MGN calcáreo por SS, y por ^[10] cuando sustituyeron también dicha fracción de un material calcáreo en 25 %, 50 %, 75 % y 100 %. En ^[98] concluyeron que mezclas fabricadas con un asfalto modificado con SBS (estireno-butadieno-estireno) y empleando SS como sustituto de la fracción gruesa de un material calcáreo, desarrollan una vida de fatiga elevada y una alta resistencia a la deformación permanente. En ^[54], basados en ensayos de fatiga realizados mediante tres metodologías distintas, confirman que las mezclas que contienen escoria tipo EAF, tienen una vida a fatiga mayor que las mezclas de control que emplean MGN calcáreo. Según los autores, dicho aumento en la resistencia a fatiga es causado por la alta angularidad de la escoria (aumentando el ángulo de fricción interno de la mezcla y mejorando el entrelazamiento entre las diferentes partículas constituyentes), el mejoramiento en la adherencia entre el asfalto y la SS, y el incremento en la resistencia al envejecimiento que se desarrolla. Lo anterior también pudo ser debido a un mejor recubrimiento de los agregados producto de un mayor contenido de asfalto y VMA reportado en el diseño de las mezclas cuando se sustituyó el agregado natural por la EAF. Otros investigadores que han reportado un incremento en la resistencia a fatiga cuando se sustituye MGN por SS son ^[56].

En un estudio realizado por ^[47], se emplearon técnicas de difracción de rayos X (DRX), SEM y porosimetría de intrusión de mercurio (MIP) para evaluar el uso de SS como agregado en una mezcla tipo SMA (Stone Mastic Asphalt). Los resultados indicaron que la sustitución de basalto por SS aumentó la resistencia de la SMA a altas temperaturas de servicio (mayor resistencia a las deformaciones permanentes) y al agrietamiento a bajas temperaturas.

De acuerdo con ^{[1,10,53,70,76,77,88]}, la resistencia al daño por humedad incrementa en mezclas asfálticas cuando se emplean SS como parte del agregado pétreo. En ^[50], realizaron un estudio para evaluar el efecto de una SS tipo BOF cuando sustituye agregados gruesos de origen basáltico y calcáreo sobre la susceptibilidad al daño por humedad de una mezcla tipo SMA. Los autores reportaron que la SS no tiene un efecto significativo sobre el daño por humedad.

En ^{[94, 97]} utilizaron cuatro porcentajes (0 %, 20 %, 40 % y 60 %) de SS para sustituir un agregado basáltico, y los diseños de mezcla para HMA se realizaron con base en la metodología Superpave. Los resultados indican que la adición de SS incrementa la fricción neumático-pavimento, el módulo dinámico, la resistencia al agrietamiento por bajas temperaturas y la resistencia a la deformación permanente. Además, la inclusión de SS tuvo poco efecto sobre la resistencia al agrietamiento TDC (Top-Down-Cracking) y sobre la susceptibilidad al daño por humedad.

En ^[107] compararon los resultados de analizar el comportamiento de una vía construida con capa asfáltica con MGN y otra construida con una escoria BOF. Se realizaron ensayos Marshall, resistencia a la tracción indirecta, módulo elástico y ensayos in situ para medir la resistencia al deslizamiento. El comportamiento de ambas mezclas, luego de medio año de servicio, fue igual. Sin embargo, después de dos años de servicio, el comportamiento de la capa asfáltica fabricada con SS fue mucho mejor que la convencional con MGN.

Li et al. ^[111] emplearon tres tipos de SS como filler para evaluar la respuesta reológica que experimentaban los mastic fabricados a partir dichos materiales. Como conclusión general del estudio, se reportó que los mastic con SS presentaron propiedades reológicas sobresalientes a altas y bajas temperaturas de servicio (mayor resistencia a las deformaciones permanentes y agrietamiento, respectivamente) cuando fueron comparados con un mastic fabricado a partir de un filler de origen calcáreo. Una conclusión similar fue reportada por Topini et al. ^[112] empleando una SS tipo EAF.