Ligante betuminoso 14

O ligante betuminoso é um componente essencial da mistura betuminosa, uma vez que é este componente que liga os agregados e fornece coesão e estabilidade à mistura.

Este possui qualidades e características que o diferenciam significativamente dos outros agentes coesivos utilizados em pavimentação, como são exemplo os ligantes hidráulicos.

As misturas realizadas com ligantes hidráulicos caracterizam-se por possuir uma elevada rigidez e resistência. Pelo contrário os ligantes betuminosos criam ligações tenazes e flexíveis às misturas. Isto deve-se à resposta viscoelástica que estes materiais apresentam, que varia com a velocidade de aplicação das cargas, o que permite a este material comportar-se como um material flexível, com baixo módulo de rigidez e muito deformável, adaptando-se às deformações e assentamentos das camadas do pavimento e da fundação, sem que ocorra fendilhação. Tem ainda um comportamento estável e tenaz, com elevado módulo de elástico, quando é submetido às ações de tráfego (Branco, et al., 2006; Silva, 2006).

Como se verá mais à frente o comportamento deste material varia com a temperatura, logo é necessário fazer a escolha adequada do betume a empregar, tendo em atenção os valores de temperaturas a que este material irá estar sujeito quando a mistura betuminosa que incorporará o pavimento entrar em serviço. Quando a temperatura atingir valores próximos da temperatura obtida em ensaio de “anel e bola”, a mistura pode perder a sua estabilidade. Pelo contrário, quando se aproxima de valores inferiores à temperatura do ponto de fragilidade do betume, a mistura betuminosa torna-se frágil e apresenta tendência a fendilhar com facilidade.

O ligante betuminoso constitui a parte líquida da mistura, ocupando na mesma entre 10 a 15% do volume total da mistura. Existem diferentes tipos de ligante (IPQ (b), 2011):

 Betumes puros;

 Emulsões betuminosas;

 Betumes fluidificados/fluxados;  Betumes modificados.

Os betumes puros resultam de um processo industrial de destilação do petróleo, sendo que o comportamento reológico deste material varia com a temperatura. Para temperaturas na ordem dos 50ºC a 60°C o betume comporta-se como um fluido, com comportamento viscoso.

Estes materiais são classificados através do valor obtido no ensaio de penetração, que avalia indiretamente a viscosidade ou dureza do betume a uma determinada temperatura. A classificação dos betumes varia desde uma penetração nominal 10/20 para betumes muito duros, até uma penetração nominal 180/220 para betumes mais moles.

Para se conseguir um adequado envolvimento dos agregados pelo ligante este tem de ser aquecido a temperaturas na ordem dos 150ºC a 190ºC, função do tipo de ligante.

As emulsões betuminosas resultam da dispersão do betume em água, sendo que esta se mantem estável através de um emulsionante. Este tem como função envolver os glóbulos de betume

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para reduzir a tensão superficial entre estes e a água. Quando a emulsão é espalhada ocorre a sua rotura, separando-se a água do betume, voltando este a reunir-se novamente e recuperando assim as suas características. Este tipo de ligante serve essencialmente para o fabrico de misturas betuminosas a frio.

O betume fluidificado resulta da adição de um fluidificante ao betume, constituído por frações mais ou menos voláteis da destilação do petróleo. A introdução do fluidificante serve essencialmente para reduzir temporariamente a viscosidade do betume, permitindo assim que se possa produzir e espalhar as misturas betuminosas a temperaturas muito inferiores às que seriam necessárias no caso de se utilizar um betume puro. Os fluidificantes evaporam aquando do espalhamento da mistura, o que leva a que o betume recupere as suas características originais. No entanto ao evaporar-se este liberta gases tóxicos para a atmosfera, o que leva a que seja uma técnica pouco utilizada atualmente.

Quanto aos betumes modificados estes são obtidos através da introdução de um ou mais agentes químicos, tais como elastómeros e plastómetros, na composição do betume puro, modificando as suas características iniciais.

Quanto à utilização de cada um destes tipos de ligante pode-se dividir em dois grandes grupos:  Misturas betuminosas a quente, onde são utilizados essencialmente os betumes puros e os betumes modificados, dado que a sua trabalhabilidade à temperatura ambiente é muito baixa;

 Misturas betuminosas a frio, onde são utilizadas as emulsões betuminosas e os betumes fluidificados; no entanto são as emulsões betuminosas o ligante mais utlizado uma vez que pode ser aplicada à temperatura ambiente e ainda dado o elevado custo do fluidificante e o seu impacto ambiental.

Os betumes puros são é em geral constituídas por hidrocarbonetos saturados de peso molecular elevado, dos quais 80% a 85% carbono, 10% a 15% de hidrogénio, 2% a 3% de oxigénio, e pequenas quantidades de enxofre e azoto e vestígios de vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio. Esta composição varia de acordo com a origem do petróleo bruto utilizado para o fabrico do betume e com os procedimentos empregues no final do processo de produção (Silva, 2006).

É frequente dividir o betume em dois grandes grupos, quanto à sua composição química:  Asfaltenos;

 Maltenos.

O grupo dos maltenos pode ainda ser dividido em três subgrupos:  Saturados;

 Aromáticos;  Resinas.

Assim o betume asfáltico pode ser definido como um sistema coloidal de micelas de elevado peso molecular, asfaltenos, dispersas num meio dispersante, oleoso de menor peso molecular, maltenos (Branco, et al., 2006).

As principais características que definem os tipos de betume para pavimentação são:  Densidade relativa;

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 Temperatura de amolecimento – Método “anel e bola”;  Ductilidade;

 Solubilidade no sulfureto de carbono;  Solubilidade no tetracloreto de carbono;

 Solubilidade em tolueno ou xileno, determinação da pureza do betume;  Temperatura de inflamação em vaso aberto de Cleveland;

 Perda de massa por aquecimento a 163°C;

 Penetração no resíduo obtido na determinação da perda a 163°C;  Viscosidade cinemática a 60°C e a 135°C;

 Ponto de fragilidade de Frass;

 Índice de penetração a 25°C, durante 5 segundos;  Rigidez e ângulo de fase.

No Quadro 2.2 apresentam-se os principais tipos de betumes com indicação das respetivas propriedades.

Quadro 2.2 - Especificação para betumes de pavimentação (IPQ (b), 2011)

Propriedades

[condições de ensaio] Métodos de ensaio

Tipos de betumes e exigências de conformidade

10/2 0 20/ 30 35/ 50 50/70 100 70/ 100/150 160/220 250/300 Penetração(0,1 mm) [25°C;100g;5s] [ASTM D 5] EN 1426 Min. 10 20 35 50 70 100 160 250 Máx. 20 30 50 70 100 150 220 300 Temperatura de amolecimento (°C) EN 1427 [ASTM D 36] Min. 63 55 50 46 43 39 35 30 Máx. 76 63 58 54 51 47 43 38 Viscosidade cinemática (mm2/s) [135°C] [ASTM D 2170] EN 12595 Min. 1000 530 370 295 230 175 135 100

Solubilidade em tolueno ou xileno

(%) [ASTM D 2042, modificada] EN 12592 Min. 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0

Temperatura de inflamação (°C) _{[ASTM D 92]} EN 22592 Min. 250 240 240 230 230 230 220 220

Resistência ao endureciment o [RTFOT ou TFOT] Variação de massa (%, ) _RTFOT: EN 12607-1 [ASTM D 2872] Ou TFOT: EN 12607-1 [ASTM D 17549] - Máx. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8 0,8 1,0 1,0 Penetração (% p.o.)a _[25ºC; 100g; 5s] EN 1426 [ASTM D 5] Min. 60 55 53 50 46 43 37 35 Temperatura de amolecimento (°C) EN 1427 [ASTM D 36] Min. 65 57 52 48 45 41 37 32 Aumento da temperatura de amolecimento (°C) b _{Máx. 8 10 11 11 11 12 12 12}

(a) P.o. – penetração do betume original

(b) Obtido por diferença entre a temperatura de amolecimento antes e depois do envelhecimento

No caso português os betumes mais utilizados são betumes de classe de penetração nominal 35/50 e penetração nominal 50/70, para aplicação em misturas betuminosas tradicionais, e os betumes da classe de penetração nominal 10/20, para misturas de alto módulo, sendo utilizados no fabrico de misturas betuminosas a quente.

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