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Este documento aborda o tema de emulsões asfálticas, explicando seus tipos, como asfalto diluído e emulsão asfáltica, e o processo de produção destas últimas no moinho. Além disso, discute-se sobre as diferentes taxas de ruptura rápida, média e lenta, e as aplicações práticas das emulsões asfálticas em pavimentação.
Tipologia: Notas de estudo
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7 Emulsão asfáltica
8 Asfaltos diluídos
9 Asfalto modificado por polímero
10 Asfalto-borracha
11 Agentes rejuvenescedores e asfalto-espuma
7 Emulsão asfáltica
7.1 Introdução
Para que um ligante asfáltico possa recobrir adequadamente os agregados, que são usados na construção da camada asfáltica de um pavimento é necessário que o ligante asfáltico possua uma viscosidade em torno de 0,2 Pa.s (ou Pascal.segundos).
OBS. 1 Pa = 1 N/m^2.
Existem, pelo menos, 3 (três) formas de se obter uma viscosidade em torno 0,2 Pa.s para o ligante asfáltico, e assim produzir a camada asfáltica do pavimento; As 3 (três) formas são:
a) Aquecimento do CAP (cimento asfáltico de petróleo) e dos agregados usados na construção da camada asfáltica do pavimento; b) Adição de um diluente líquido volátil ao CAP, o que forma uma mistura chamada asfalto diluído; e c) Emulsionamento do CAP, o que forma uma mistura chamada emulsão asfáltica.
OBS(s). a) Volátil é uma substância que pode se transformar em gás ou vapor; e b) Viscosidade é a resistência que o fluído oferece ao movimento, ou atrito interno do fluído.
Destaca-se que os ligantes asfálticos tipo asfalto diluído e tipo emulsão asfáltica não necessitam de aquecimento para serem misturadas com os agregados para produzir a camada asfáltica do pavimento.
7.2 Características básicas das emulsões asfálticas
Emulsão asfáltica é uma dispersão de dois líquidos imiscíveis, ou que não se misturam; tais líquidos misturados em forma de dispersão são o asfalto e a água. Uma emulsão asfáltica é uma mistura tipo dispersão composta de cerca de 50 a 70% de CAP, de 0,2 a 1% do agente emulsificador e o restante de água. Uma emulsão asfáltica é líquida à temperatura ambiente.
OBS(s). a) Dispersão é o produto que se obtém quando uma substância é espalhada em outra substância, por exemplo: o asfalto espalhado na água; e b) Substância é um composto formado por átomos ou por moléculas; Ex: ouro, ferro, água, gasolina, asfalto, ar, gás nitrogênio, e etc..
Figura 7.1 - Moinho produtor de emulsão asfáltica
7.4 Classificação das emulsões asfálticas
O processo de ruptura da emulsão asfáltica ocorre quando os glóbulos de asfalto presentes na emulsão asfáltica entram em contato com os agregados e são adsorvidos pela superfície do agregado, e ocorre a evaporação da água da emulsão asfáltica.
OBS(s). a) Glóbulos são partículas com forma semelhante a globos (ou esferas); e b) A adsorção ocorre quando as moléculas de uma substância se fixam na superfície de um determinado material.
Com base no processo ruptura as emulsões asfálticas são classificadas em:
i) Emulsão asfáltica RR, ou emulsão asfáltica de ruptura rápida; ii) Emulsão asfáltica RM, ou emulsão asfáltica de ruptura média; e iii) Emulsão asfáltica RL, ou emulsão asfáltica de ruptura lenta.
i) Emulsão asfáltica RR, ou emulsão asfáltica de ruptura rápida
Na emulsão asfáltica de ruptura rápida a água da emulsão leva cerca de 40 minutos para evaporar ao ar livre, ou seja, o processo de ruptura leva cerca de 40 minutos.
ii) Emulsão asfáltica RM, ou emulsão asfáltica de ruptura média
Na emulsão asfáltica de ruptura média a água da emulsão leva até 2 horas para evaporar ao ar livre, ou seja, o processo de ruptura leva até 2 horas.
iii) Emulsão asfáltica RL, ou emulsão asfáltica de ruptura lenta
Na emulsão asfáltica de ruptura lenta a água da emulsão leva até 4 horas para evaporar ao ar livre, ou seja, o processo de ruptura leva até 4 horas.
No mercado, também são encontradas as lamas asfálticas (LA), que são classificadas como emulsões asfálticas de ruptura lenta.
7.5 Caracterização tecnológica das emulsões asfálticas
A caracterização tecnológica das emulsões asfálticas é feita com base nos seguintes ensaios.
a) Ensaio de carga da partícula de asfalto da emulsão ; Padronizado pela NBR 6567 / 2000;
b) Ensaio de ruptura da emulsão asfáltica ; Padronizado pela NBR 6297 / 2003;
c) Ensaio de sedimentação da emulsão asfáltica ; Padronizado pela NBR 6570 / 2000;
d) Ensaio de peneiramento da emulsão asfáltica ; Padronizado pela NBR 14393 / 1999;
e) Ensaio de desemulsibilidade da emulsão asfáltica ; Padronizado pela NBR 6569 / 2000;
f) Ensaio de resíduo asfáltico por evaporação ; Padronizado pela NBR 14376 / 1999;
g) Ensaio de determinação do resíduo da emulsão asfáltica por destilação ; Padronizado pela NBR 6568 / 2005;
h) Ensaio de viscosidade Saybolt-Furol da emulsão asfáltica ; Padronizado pela NBR 14491 / 2000; e
i) Ensaio de determinação do PH da emulsão asfáltica ; Padronizado pela NBR 6299 / 2005.
7.6 Aplicações das emulsões asfálticas de petróleo
A Tabela 7.1, a seguir, relaciona o tipo de emulsão asfáltica, encontrada no mercado brasileiro, com a aplicação recomendada para emulsão asfáltica em pavimentação.
OBS(s). a) A plataforma de uma estrada corresponde à soma das larguras da pista, dos acostamentos e das sarjetas; b) Embora a literatura não registre, uma declividade acentuada da plataforma da estrada pode causar o escoamento da emulsão asfáltica de baixa viscosidade; e o tanque de estocagem da emulsão asfáltica não deve conter resíduos, pois, possivelmente, os resíduos podem reagir com a emulsão asfáltica; e c) Viscosidade é a resistência que o fluído oferece ao movimento, ou atrito interno do fluído.
8 Asfaltos diluídos
8.1 Conceito de asfalto diluído de petróleo (ADP)
O asfalto diluído é o produto líquido obtido da mistura do CAP (cimento asfáltico de petróleo) com solventes voláteis.
OBS(s). a) Solvente é um líquido, que dissolve uma outra substância; No caso em questão, solvente é o líquido que dissolve o CAP; b) Volátil é uma substância líquida (ex. gasolina) ou sólida (ex. naftalina), que pode se transformar em gás ou vapor; e c) Uma palavra que se associa, popularmente, ao asfalto e aos ligantes asfálticos (CAP, emulsão asfáltica de petróleo e asfalto diluído) é a palavra piche, que serve para designar a substância líquida, negra e pegajosa (ou resinosa) usada na pavimentação. Na verdade, o piche é obtido a partir do alcatrão.
8.2 Produção do asfalto diluído de petróleo
Os asfaltos diluídos são obtidos pela mistura do CAP (cimento asfáltico de petróleo) com um dos seguintes solventes:
i) Nafta; ou ii) Gasolina; ou iii) Querosene; ou iv) Óleo diesel.
OBS(s). a) Nafta é um produto obtido da destilação do petróleo, que possui um baixo ponto de ebulição; b) A função do solvente é conferir uma consistência líquida a mistura do CAP com o solvente; e c) Consistência relaciona-se solidez, que é uma palavra relacionada com resistência ao cisalhamento e com módulo de elasticidade do material; Quanto maior a consistência de um material maior sua resistência ao cisalhamento e maior o seu módulo de elasticidade.
8.3 A cura do asfalto diluído
Uma vez que o asfalto diluído é misturado com os agregados; Então, com o passar do tempo o solvente misturado com o CAP sofre evaporação e o CAP se adere aos agregados da mistura, e a mistura CAP e agregados endurece. Tal processo é denominado cura do asfalto diluído.
8.4 Tipos de curas dos asfaltos diluídos, conforme o tipo de solvente usado na composição do asfalto diluído de petróleo
A Tabela 8.1 indica os tipos de curas dos asfaltos diluídos de petróleo, conforme o tipo de solvente utilizado na composição do asfalto diluído de petróleo (ADP).
Tabela 8.1 - Tipos de curas dos asfaltos diluídos de petróleo, conforme o tipo de solvente utilizado na composição do asfalto diluído de petróleo (ADP) solvente
OBS. No caso da Tabela 8.1, o tipo de cura está relacionada ao tempo que o solvente leva para evaporar da mistura ADP e agregados.
8.5 Temperatura de aplicação dos asfaltos diluídos de petróleo
A Tabela 8.2 mostra a faixa de variação da temperatura de aplicação dos asfaltos diluídos, com base no tipo de asfalto diluído.
Tabela 8.2 - Faixa de variação da temperatura de aplicação dos asfaltos diluídos, com base no tipo de asfalto diluído
Rápida Nafta Rápida Gasolina Média Querosene Lenta Óleo diesel
Tipo de cura do ADP
Solvente utilizado na composição do asfalto diluído de petróleo (ADP)
60 o^ C até 120o^ C ADP de cura rápida 60 o^ C até 120o^ C ADP de cura média Frio até 60o^ C ADP de cura lenta
Faixa de temperatura de aplicação Tipo de asfalto diluído de petróleo (ADP)
8.8 Vantagens dos asfaltos diluídos de petróleo
Os asfaltos diluídos, quando empregado em misturas asfálticas, apresentam as seguintes vantagens:
a) Os asfaltos diluídos podem ser empregados em misturas asfálticas com o agregado frio; b) Alguns asfaltos diluídos podem ser aplicados na temperatura ambiente; e c) Os asfaltos diluídos podem ser utilizados com temperaturas inferiores as do CAP do CAUQ (concreto asfáltico usinado a quente).
9 Asfalto modificado por polímero
9.1 Conceitos que precedem o conceito de polímero
Os seguintes conceitos precedem o conceito de polímero:
a) Conceito de átomo
Átomo é a partícula mínima formadora da matéria, sedo que os átomos são agrupados para formar as moléculas (ou as substâncias).
b) Conceito de molécula
Molécula é uma substância ou um composto formado pela junção de 2 (dois) ou mais átomos.
c) Conceito de macromoléculas
Macromoléculas são moléculas gigantescas, que resultam do encadeamento (ou sequência) de 10 (dez) mil ou mais átomos de carbono.
d) Conceito de macromoléculas naturais
Macromoléculas naturais são as macromoléculas formadoras de materiais naturais, tais como: madeira, borracha natural, lã, etc.
e) Conceito de macromoléculas sintéticas
Macromoléculas sintéticas são as macromoléculas produzidas artificialmente pelo homem, e que são formadoras de materiais industrializados, tais como: plásticos, adesivos, borrachas sintéticas, etc.
f) Conceito de sintético ou sintética
Sintético ou sintética são adjetivos utilizados para indicar algo que foi produzido artificialmente pelo homem.
g) Conceito manômero ou de unidade estrutural repetida de uma macromolécula
Manômero é uma unidade estrutural repetida de uma macromolécula, ou seja, manômero é uma unidade estrutural típica formada por átomos, que sempre se repetem em uma macromolécula.
A Figura 9.1 ilustra um exemplo de um manômero ou unidade estrutural repetida de uma macromolécula. Observa-se que o manômero ou unidade estrutural repetida da macromolécula é formado: por 24 átomos de carbono (C), por 45 átomos de hidrogênio (H) e 2 átomos de oxigênio.
Figura 9.1 - Exemplo de manômero ou unidade estrutural repetida de uma macromolécula
9.2 Conceito de polímeros
Polímeros são macromoléculas, que apresentam as seguintes características:
a) São macromoléculas sintéticas; e b) São macromoléculas formadas de unidades estruturais repetidas, as quais são chamadas de manômeros.
9.3 Principais elementos que interferem no comportamento de um polímero sintético
Os principais elementos, que interferem no comportamento de um polímero sintético, ou em um polímero criado artificialmente pelo homem, são:
a) Os manômeros (ou as unidades estruturais) do polímero; b) O tipo de reação para obter o polímero; e c) A técnica de preparação do polímero.
Tabela 9.1 - Classificação dos polímeros quanto ao comportamento frente (ou devido) às variações térmicas; Inclusive o comportamento típico do polímero, e também o nome de um ou mais polímeros da classe
OBS. Fundição é o efeito de derreter um material com o aumento da temperatura.
9.7 Considerações quanto à adição de polímeros ao CAP (ou asfalto)
9.7.1 Introdução
Nem todos polímeros podem ser adicionados ao CAP, e a quantidade de polímero a ser adicionada ao CAP é variável e depende das propriedades finais, as quais se desejam para mistura CAP e polímero. Um dos mais antigos registros de adição de polímeros a asfaltos ocorreu na Itália em 1970, onde um polímero foi adicionado ao asfalto na própria usina, que misturava o asfalto aos agregados.
São polímeros que: a) Não podem ser fundidos;
c) Resistem bem a variação térmica. São polímeros que: a) Podem ser fundidos;
São polímeros que:
São polímeros que:
Classificação do polímero
Comportamento típico do polímero frente à temperatura
Polímero(s) representante(s)
b) Endurecem irreversivemente quando aquecidos; e
Epóxi, poliéster, resina, etc.
Polímero termorrígido
PVC, polietileno, etc.
b) Podem ser trabalhados quando aquecidos; c) Podem se tornar rígidos ao serem resfriados; e d) Podem ser incorporados aos asfaltos em altas temperaturas.
Polímero termoplástico
a) Quando aquecidos se decompõem e amolecem; e b) Apresentam propriedades elásticas a baixa temperatura.
Polímero elastômero
SBR (ou borracha - estireno - butadieno)
a) Apresentam comportamento elástico a baixa temperatura; e b) Com o aumento da temperatura apresentam comportamento como os polímeros da classe dos termoplásticos.
Polímero elastômero termopástico
SBS (ou estireno - butadieno - estireno), EVA (ou etileno - acetato de vinila).
Em 1974, foi realizada no Brasil a primeira experiência de asfalto modificado por polímero, em um trecho de 275 m da BR - 116 entre Rio de Janeiro e São Paulo. A partir do final da década de 1970, a tecnologia do asfalto modificado (ou misturado) com polímero tomou realmente um impulso significativo. A partir de 1998, a Petrobras iniciou a comercialização de asfaltos modificados com os polímeros SBS e SBR.
9.7.2 Principais benefícios promovidos pelos asfaltos modificados por polímeros
A utilização dos asfaltos modificados por polímeros promove os seguintes benefícios:
a) Os asfaltos modificados por polímero aumentam a vida útil do pavimento; e b) Os asfaltos modificados por polímero reduzem a frequência das manutenções nos pavimentos.
9.7.3 Fatores que influenciam na viabilidade técnica e econômica do asfalto modificado por polímero
Para que um asfalto (ou CAP) modificado por polímero tenha viabilidade técnica e econômica é necessário que:
a) O polímero seja resistente à degradação (ou deterioração) nas temperaturas usuais de utilização do asfalto; b) O polímero misture adequadamente com o asfalto (ou CAP); c) O polímero melhore a fluidez do asfalto a altas temperaturas; d) O polímero não seja tão rígido ou quebradiço a baixas temperaturas; e) A mistura do asfalto (ou CAP) com o polímero tem que manter suas propriedades durante o período de estocagem e aplicação; e f) Etc.
OBS. De acordo com Medina (1997), em um dia de verão no Rio de Janeiro, a temperatura na superfície de um pavimento variou de cerca de 25oC até 70o^ C.
9.8 Benefícios trazidos para as misturas asfálticas, devido à adição de polímeros ou outros modificadores ao asfalto (ou CAP)
A Tabela 9.2 indica em forma de um pequeno asterisco (*), que há benefício ou melhoria de algum problema, que geralmente ocorre nas misturas asfálticas do pavimento, quando são adicionados ao asfalto (ou CAP) polímeros ou outros modificadores.
9.10 Tipos mais comuns de polímeros modificadores do CAP, e os benefícios destes polímeros
Segundo Balbo (2007), os polímeros mais comumente empregados como modificadores do CAP são:
a) O EVA (etileno - acetato de vinila); b) O SBR (borracha - estireno - butadieno); e c) O SBS (estireno - butadieno - estireno).
Os asfaltos (ou CAPs) modificados com o EVA apresentam maior resistência a deformação permanente ou a formação de trilhas de rodas; Além disso, os asfaltos modificados com o EVA têm melhor adesividade.
Os asfaltos modificados com o SBR possuem maior resistência à tração, o que diminui o trincamento da mistura asfáltica utilizada no pavimento; Além disso, os asfaltos modificados com SBR têm melhor adesividade ao agregado.
Os asfaltos modificados com o SBS possuem maior resistência à tração, o que diminui o trincamento da mistura asfáltica utilizada no pavimento; Além disso, os asfaltos modificados com SBS têm melhor adesividade ao agregado.
Na Tabela 9.3 são apresentadas as características de um CAP 20 original, e de outros tipos de CAP 20 modificados com certa porcentagem de polímero tipo SBS.
Observa-se, na Tabela 9.3, uma série de alterações no comportamento dos CAP 20 modificados com o polímero SBS, em relação ao CAP 20 original. Tais alterações mostram várias melhorias no comportamento dos CAP 20 modificados com o polímero SBS em relação ao CAP 20 original, as quais são evidenciadas (ou comprovadas):
a) Pelo aumento da viscosidade a 60º C, o que dificulta o escoamento (ou a movimentação) da massa asfáltica e formação de rodeiras; b) Pelo aumento do ponto de amolecimento, o que dificulta o amolecimento do asfalto em temperaturas mais elevadas; e c) Pelo aumento da recuperação da recuperação elástica do asfalto (%), o que dificulta o surgimento de trincas do asfalto.
OBS. As melhorias dos CAP 20 modificados com o polímero SBS, apresentadas na Tabela 9.3, tornam o ligante asfáltico com maior longevidade (ou mais durador) quando usado em misturas asfálticas.
Tabela 9.3 - Comportamento do CAP 20 original e comportamento dos CAP 20 modificados com o polímero SBS
9.11 Nomes comerciais dos polímeros modificadores do CAP (ou asfalto)
Existem numerosos polímeros modificadores do CAP (ou asfalto) no mercado; Contudo, no mercado, os polímeros modificadores do CAP recebem nomes diferentes dos nomes científicos. No mercado, encontramos polímeros modificadores do CAP com os seguintes nomes: Kraton, Europrene, Coperflex, Cariflex, e Etc.
10 Asfalto - borracha
10.1 Conceito de asfalto - borracha
Asfalto - borracha é um ligante asfáltico modificado, que é resultante da mistura à quente do CAP com a borracha de pneu moída.
10.2 Importância da fabricação do asfalto - borracha
Com base em Balbo (2007), o ligante asfalto - borracha chega a custar 6% a menos que o CAP normal; Contudo, as misturas asfalto - borracha utilizadas no Brasil, comumente, recebem a adição do polímero SBS para melhorar a recuperação elástica da mistura asfalto - borracha. Assim sendo, talvez este seja o motivo das misturas asfalto - borracha, ainda, não serem muito competitivas economicamente com o CAP no mercado.
OBS. Geralmente, a borracha triturada substitui até cerca de 15% do CAP.
Características CAP 20 CAP 20 + 4% SBS CAP 20 + 6% SBS Recuperação elástica ( % ) 11 80 90
Penetração a 25o^ C ( mm ) 59 74 75
Ponto de fulgor ( oC ) 358 320 310
Ponto de amolecimento ( oC ) 51 60 73
168
2211 5784 54563
Viscosidade Saybolt-Furol a 165o C ( s )
Viscosidade absoluta, ou rotacional, ou Brookfield a 60o^ C ( Poise )
47 100
OBS. Wet, dry e process são palavras inglesas, que significam respectivamente: úmido, seco e processo.
i) Principais características do processo úmido de adição de borracha ao CAP
O processo úmido de adição de borracha ao CAP apresenta os seguintes passos:
1.o^ (primeiro) passo : Os pneus são recolhidos da população e armazenados;
2.o^ (segundo) passo : Os pneus usados são transformados em borracha triturada ou moída; Como ilustra a Figura 10.1 a seguir;
3.o^ (terceiro) passo : No misturador 1 (um), a borracha moída é misturada com o CAP aquecido formando a mistura AMB (asfalto modificado por borracha); Como ilustra a Figura 10.1 a seguir;
4.o^ (quarto) passo : Os agregados utilizados na fabricação da mistura asfáltica são estocados em silos; Como ilustra a Figura 10.1 a seguir;
5.o^ (quinto) passo : Os agregados utilizados na fabricação da mistura asfáltica são transportados dos silos para o tambor - secador dos agregados; Como ilustra a Figura 10.1 a seguir;
6.o^ (sexto) passo : Os agregados secos são transportados para o misturador 2 (dois), e então são misturados com o AMB (asfalto modificado por borracha); Como ilustra a Figura 10.1 a seguir;
7.o^ (sétimo) passo : A mistura asfáltica produzida no misturador 2 (dois) é armazenada em silos; Como ilustra a Figura 10.1 a seguir; e
8.o^ (oitavo) passo : Finalmente, a mistura asfáltica armazenada nos silos é depositada em caminhões e transportada para o canteiro de obras; Como ilustra a Figura 10.1 a seguir.
A Figura 10.1 ilustra o esquema de uma usina de fabricação de asfalto - borracha pelo processo úmido.
Figura 10.1 - Processo úmido de adição de borracha ao CAP
OBS(s). a) Silos são depósitos para armazenamento: de agregados, de produtos industrializados ou de produtos agrícolas; e b) Em processo de via úmida de adição de borracha ao CAP é padronizado pela norma DER / PR ES - P28 do Estado do Paraná.
ii) Principais características do processo seco de adição de borracha ao CAP
O processo seco de adição de borracha ao CAP apresenta os seguintes passos:
1.o^ (primeiro) passo : A borracha dos pneus é triturada ou moída;
2.o^ (segundo) passo : A borracha triturada é misturada com agregado pétreo (ou de pedra);
3.o^ (terceiro) passo : A mistura do agregado pétreo e borracha triturada é misturada ao CAP e dar origem ao CAMB (concreto asfáltico modificado com adição de borracha); e
