Para Zhang et al. (2015), o aumento das solicitações impostas pelo tráfego aliado às variações climáticas, provocadas pelos fenômenos meteorológicos, tem causado a deterioração
prematura de pavimentos flexíveis construídos com ligantes asfálticos convencionais, tornando necessária a modificação destes a fim de melhorar as suas propriedades e desempenho.
Agentes modificadores ou aditivos são utilizados com a função de melhorar as propriedades elásticas e mecânicas dos ligantes asfálticos. Fang et. al. (2013) afirma que a modificação do ligante tem como papel melhorar propriedades do material como adesividade, suscetibilidade térmica, resistência à oxidação, resistência ao envelhecimento e durabilidade. Segundo Azarhoosh (2015) as trincas por fadiga são um dos principais defeitos estruturais que ocorrem em misturas asfálticas à temperaturas ambientes. A utilização de agentes modificadores nos ligantes asfálticos fazem com que estes apresentem maior durabilidade quanto a vida de fadiga.
Xu & Huang (2012) afirmam que a deformação permanente está relacionada a pavimentos de espessura delgadas, portanto em projetos que apresentem tais dimensões é recomendado a utilização de ligantes asfálticos modificados para resistir a tais deformações.
Read & Whiteoak (2003) fizeram considerações para que a utilização de agentes modificadores seja considerada viável e econômica. Segundo os autores o modificador deve possuir disponibilidade para ser utilizado (ou seja, não ser restrito em quantidade), resistir à degradação causada pelas temperaturas (as quais os ligantes asfálticos são submetidos), ser compatível com o ligante asfáltico (evitando separação de fases), aumentar a resistência ao escoamento à altas temperaturas (de forma que não o torne demasiadamente viscoso nas temperaturas de mistura e aplicação, nem também torna-lo duro ou frágil a baixas temperaturas), ser capaz de ser processado em equipamentos convencionais, garantir adesividade com os agregados e ser fisicamente e quimicamente estável durante as etapas de estocagem, aplicação e em serviço.
A NCHRP (2001) apresenta um quadro genérico com os principais modificadores utilizados em ligantes asfálticos e suas contribuições no comportamento destes (Quadro 1). Os mais utilizados são os fíleres, extensores, polímeros elastômeros e polímeros plastômeros. A maioria destes contribui para o aumento da resistência das misturas asfálticas à deformação permanente, podendo também agir contra trincas térmicas e ao envelhecimento oxidativo. O Quadro 1 não apresenta os nanomodificadores de ligantes asfálticos pelo fato de serem objeto de estudos mais recentes e sua contribuição no ligante e na mistura asfáltica ainda estão sob análise.
Quadro 1 - Principais modificadores de ligantes asfálticos
Tipo de modificador Classe Efeito
DPa TFb TBTc DUd EOe
Fíler
Negro de Fumo X X
Mineral: Cal Hidratada Cinzas Cimento Portland X X X X Extensores Enxofre X X X Lignina de madeira X Polímeros-Elastômeros Estireno-butadieno (SB) X X Estireno-butadieno-estireno (SBS) X X X Estireno-isopropeno (SIS) X Estireno-butadieno-borracha látex (SBR) X X Policloropreno látex X X Borracha natural X Acrilonila-butadieno-estireno (ABE) X Polímeros-Plastômeros Etileno-vinil-acetato (EVA) X X Monômero Etileno-propileno-dieno (MEPD) X
Etileno-acrilato (EA) X
Poliisobutileno X
Polietileno (alta e baixa densidade) X X
Polipropileno X
Borracha de Pneu Diferentes tamanhos, tratamentos e processos X X X
Oxidantes Compostos Manganeses X
Hidrocarbonetos
Aromáticos X
Naftênicos
Parafínicos X
Gás óleo leve X
Asfaltenos: processo com resina (ROSE) X Asfaltenos: processo (DAS) X Asfaltenos: processo (DEMEX) X
Óleo de Xisto X X
Asfaltos Naturais: Trindade Gilsonite X X X X X X Antistrips Aminas: Amidoaminas Aminas X X Poliamidas X Cal Hidratada X Organometálicos X Fibras Polipropileno X X X Poliéster X X Aço X X X Reinforcement X X X Natural: Celulose X Mineral X Antioxidantes Carbonato: Chumbo X X Zinco X X Negro de Fumo X X Sais de cálcio X Cal hidratada X X Fenóis X Aminas X X
a Deformação permanente c Trincamento em baixas temperaturas e Envelhecimento oxidativo b Trincamento por fadiga d Dano por umidade
Segundo Polacco et al. (2004) é comum a adição de polímeros em ligantes asfálticos sendo, geralmente, incorporados teores, variando entre 4 e 6% deste material ao ligante. Esta introdução pode conduzir a um melhor desempenho mecânico e redução da suscetibilidade térmica e da deformação permanente. Ainda segundo o autor, os ligantes modificados por polímeros podem ser agrupados em três categorias: elastômeros termoplásticos, plastômeros e polímeros reativos. A primeira categoria é capaz de promover melhoramento de propriedades elásticas, como exemplo os modificados com adição de SBS (estireno-butadieno-estireno). Enquanto as demais podem conferir maior rigidez e redução de deformações da mistura quando submetida a cargas, como exemplo os modificados com a incorporação de EVA (etileno-acetato de vinila).
O copolímero SBS é um copolímero tribloco de estireno e butadieno, um exemplo de elastômero termoplástico, composto por domínios rígidos de poliestireno dispersos em uma matriz flexível elastomérica de polibutadieno (SILVA et al., 2002, apud SOBREIRO, 2014).
Segundo Airey (2003) este tipo de polímero tem sido bastante utilizado na modificação de ligantes asfálticos em função do seu comportamento termoplástico: sob altas temperaturas, o SBS, apresentam baixa viscosidade, o que facilita a mistura; sob baixas temperaturas, ou naquelas próximas à temperatura de uso do material, apresentam características altamente elásticas.
Airey (2003) e Polacco et al. (2015) destacam que os blocos de poliestireno conferem resistência e durabilidade em altas temperaturas, enquanto o polibutadieno fornece ao material sua grande elasticidade.
Segundo Farias et al. (2016) e Castillo et al. (2016) as adições poliméricas nos ligantes asfálticos conferem a estes, alta resistência a deformações permanentes, trincas térmicas, fadiga, menor suscetibilidade térmica e redução de desagregação entre a matéria asfáltica e os agregados.
Entretanto, um aspecto limitador ao uso de SBS, na modificação de ligantes asfálticos, é a tendência de separação de fases do ligante modificado durante o processo de estocagem em temperaturas elevadas. Quando o SBS é adicionado ao ligante, a competição entre as cadeias poliméricas e os asfaltenos pela solvatação dos maltenos pode causar uma instabilidade na mistura se a quantidade deste último for insuficiente. A estabilidade da mistura asfalto-polímero pode ser conseguida por meio da adição de óleos e/ou reticulantes (WEN et al., 2001) ou ainda pela introdução de nanopartículas.