DURABILIDADE E ENVELHECIMENTO

A durabilidade dos asfaltos é condicionada pelo envelhecimento. Este por sua vez corresponde aos processos oxidativos que levam ao enrijecimento do mesmo. A oxidação do ligante ocorre sempre que este esteja em contato com o oxigênio e possui forte dependência da temperatura. De acordo com o Manual Series n 25 do Asphalt Institute (MS-25), a taxa de oxidação dobra a cada 10°C de aumento na temperatura, de modo que a oxidação que ocorre em 1 hora à 165°C é equivalente a oxidação que ocorre em 30 minutos a 175°C. Tendo em vista este fato, é importante que a conformação das amostras seja realizada a mínima temperatura possível capaz de garantir a homogeneização satisfatória e que os ligantes permaneçam em estufa o mínimo tempo necessário para atingir tal temperatura. Ainda em

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respeito a isto, o aquecimento das amostras com tampa evita a oxidação pela menor renovação de ar na superfície do ligante.

O MS-25 considera as reações de oxidação dos asfaltos como sendo reações de condensação. Moléculas são, portanto, condensadas em moléculas maiores de maior polaridade. Essa nova configuração molecular, configura uma alteração na mobilidade, resultando em um asfalto mais rígido. Segundo Shell (2003), no processo de envelhecimento, as alterações físicas do ligante são decorrentes de alterações químicas que correspondem à variação nas proporções entre os componentes base do asfalto (Figura 25).

O envelhecimento pode ser dividido em dois tipos com mecanismos e durações diversas, são eles: o envelhecimento de curto prazo – decorrente da usinagem, estocagem, transporte e aplicação; e envelhecimento de longo prazo – decorrente do uso em si, ou seja, das ações degenerativas do sol, calor, água, ar etc. Na Figura 26, que traz o perfil evolutivo do envelhecimento, é notável que a maior parte deste se refere a envelhecimento de curto prazo, ocorrendo durante o processo de mistura a quente. Segundo Shell (2003), estima-se, de forma grosseira, que durante o processo de mistura ocorra a perda de 30% da penetração. Sendo a penetração retida um importante parâmetro de avaliação dos ligantes, presente nas normas brasileiras, europeias e norte americanas.

Valendo-se do fato de a maior parte do envelhecimento ocorrer no curto prazo, as normas brasileiras e europeias adotam ensaios que avaliam apenas o envelhecimento de curto prazo. Em contraponto, a especificação SUPERPAVE, vigente nos EUA, avalia também do envelhecimento de longo prazo.

Figura 25 - Variação dos componentes do asfalto com o envelhecimento

Fonte: Adaptado de Shell (2003)

Saturados Aromáticos Resinas Asfaltenos Tempo [anos] Porc en tag em m ás si ca [ % ] Serviço →

Figura 26 - Envelhecimento do asfalto e processos associados

Fonte: Adaptado de Shell (2003)

Envelhecimento de Curto Prazo

O envelhecimento de curto prazo é devido principalmente à usinagem. A etapa e mistura à quente é particularmente propícia aos fenômenos de oxidação. Ao envolver o agregado quente e fíler, o ligante forma uma película fina ao redor do particulado entre 5 e 15 µm, gerando uma elevada área específica de asfalto que combinada à elevada temperatura e ao processo de mistura no pugmill conferem condições perfeitas para que a oxidação ocorra. Este processo será, também, dependente do tipo de misturador usado, sendo que o envelhecimento em uma usina de fluxo continuo é, em geral, inferior ao envelhecimento em uma usina por batelada (Shell, 2003).

O envelhecimento decorrente de estocagem, transporte e compactação serão dependentes do tempo e das condições de contato com o oxigênio e da espessura da película de ligante. Uma diferenciação que pode ser ressaltada está na estocagem em silos ou no carregamento dos caminhões. Nos primeiros, tem-se majoritariamente menor renovação do ar sendo que os voláteis, mais pesados que o ar, irão, de certa forma, impedir o contato da mistura com o oxigênio, o que é facilitado no caso dos caminhões. As condições do local de aplicação e distância de transporte, também são parâmetros a serem considerados.

Hoje o RTFOT (Rolling thin film oven test, em português: teste de película delgada rotacional) é o ensaio mais utilizado para simular o envelhecimento de curto prazo (Figura 27). Este consiste em uma variação proposta por Hveem et al. (1963) (apud BERNCCI et al., 2016) do TFOT – (Thin filn oven test, em português: teste de película delgada) em que além da temperatura elevada (163°C) e jato de ar, promove a renovação da superfície, de modo a expor ao ar uma camada menos oxidada a cada giro favorecendo a oxidação do ligante. No Brasil o teste é normatizado pela ABNT NBR 14736 (2001), na Europa pelo BS EN 12607 (2014) e nos EUA pela ASTM D1754/D17541M-09 (2014).

Figura 27 - Foto interna do equipamento RTFOT (A), copo com proteção (B) e esquema RTFOT (C)

Fonte: Foto autoral (A, B) e esquema (C) adaptado de BERNUCCI et al. (2008)

Envelhecimento de Longo Prazo

O envelhecimento do asfalto continua em menor taxa ao longo de sua vida útil. Esta etapa do envelhecimento do ligante é dependente mais amplamente da mistura asfáltica. O índice de vazios e a profundidade da mistura influenciam no envelhecimento. Nas amostras com índice de vazios inferior a 5% a diminuição da penetração não é tão significativa, enquanto em amostras com índice superior a 9% o endurecimento é crítico. Em relação à profundidade da camada, a mais superficial terá seu envelhecimento acelerado como demonstra a Figura 28. Tal comportamento é devido ao suprimento de oxigênio contínuo, incidência solar – foto-oxidação do ligante, e temperatura mais elevada (Shell, 2003).

A B

O PAV – Pressurized aging vessel (ASTM D 6521-18) simula o envelhecimento a logo prazo. Este ensaio é realizado com o resíduo do RTFOT (que simula o envelhecimento de curto prazo). Assim, ao fim da sequência RTFOT+PAV se obterá o ligante envelhecido em sua condição final, relativo ao envelhecimento de usinagem, transporte, compactação e uso. Os mecanismos de oxidação utilizados no PAV são diferentes daqueles utilizados no RTFOT. No PAV não há renovação da superfície, o que não faz sentido, uma vez que em serviço não ocorre renovação significativa da película exposta do ligante. No procedimento, é aplicada ao ligante, uma pressão de 2,1 MPa durante 20 horas. A fim de simular com isso as condições de envelhecimento de 10 anos em campo, a temperatura deve ser elevada a 90, 100 ou 110°C a depender das condições climáticas da região.

A pressão de ar aplicada faz com que o ligante ao final do procedimento apresente elevada quantidade de ar incorporada (Figura 29). O ar incorporado pode alterar parâmetros de controle, elevando a Pen e reduzindo o PA, por exemplo. Antes da moldagem das amostras, faz-se necessário, por tanto, retirar esse ar aprisionado. A retirada pode ser realizada por aplicação de vácuo ou agitação vigorosa do ligante.

Figura 28 - Elevação do PA e redução da Pen com a profundidade da camada

Figura 29 - Amostra depois do PAV

2.7.5 ENDURECIMENTO DOS ASFALTOS E COMPORTAMENTO A BAIXAS