Ligantes Asfálticos Modificados por Borracha Moída de Pneu

A borracha moída de pneu pode ser incorporada na mistura asfáltica de duas maneiras distintas: processo úmido e processo seco. No processo úmido, o cimento asfáltico e a borracha moída de pneu são misturados a elevadas temperaturas durante o tempo de reação previamente estabelecido e, posteriormente, o produto resultante, denominado asfalto-borracha, é adicionado aos agregados minerais. No processo seco, a borracha moída é considerada parte do agregado pétreo da mistura e é adicionada aos agregados antes da incorporação do ligante asfáltico (BERNUCCI et al., 2010; FONTES, 2009).

O ligante modificado por borracha moída de pneu por via úmida pode ser estocável ou não estocável, dependendo do seu processo de fabricação. No sistema não-estocável (continuous blending), a borracha é adicionada ao ligante asfáltico na própria obra, com o auxílio de um equipamento misturador. Devido à instabilidade do asfalto-borracha produzido, o ligante modificado deve ser aplicado imediatamente após sua produção. No sistema estocável (terminal blending), a borracha moída de pneu, é incorporada ao ligante asfáltico em uma refinaria ou terminal especial, produzindo um ligante relativamente homogêneo e que pode ser estocado em tanques por períodos de tempo mais longos, desde que esteja sob condições de temperatura e agitação adequadas. Durante o processo de fabricação do asfalto-borracha estocável, o operador retira amostras de ligante e realiza ensaios de solubilidade, a fim de garantir que a digestão da borracha se dê por completa. Quanto maior for a fração de borracha digerida pelo ligante asfáltico, maiores serão os benefícios às propriedades do ligante modificado, como por exemplo a elasticidade (HICKS; CHENG; DUFFY, 2010; MORILHA, 2004; FONTES, 2009).

Componente Veículo Leve (%) Caminhão (%)

Borracha natural 14 27 Borracha sintética 27 14 Negro de fumo 28 28 Aço 14 a 15 14 a 15 Tecidos, fílers, aceleradores, etc. 16 a 17 16 a 17

A Figura 4 expõe a diferença aparente entre os ligantes provenientes do sistema estocável (à direita) e do sistema não-estocável (à esquerda).

Figura 4 - Diferença aparente entre asfalto-borracha estocável (à direita) e asfalto-borracha não-estocável (à esquerda).

Fonte: Hicks, Cheng e Duffy (2010).

Dantas Neto et al. (2003) estudaram o efeito da quantidade de borracha adicionada ao ligante asfáltico. Maiores teores de borracha moída incorporada no ligante convencional conduzem à produção de ligantes modificados que apresentam maior viscosidade rotacional, para todos os tempos de reação investigados.

Fontes (2009) estudou as propriedades e o desempenho mecânico de misturas asfálticas produzidas com asfalto-borracha brasileiro e português, com o objetivo de aperfeiçoar uma mistura para que apresentasse melhor capacidade estrutural. Em relação ao ponto de amolecimento, a adição de borracha promoveu o aumento de, aproximadamente, 16°C nessa propriedade, relativamente ao ligante asfáltico convencional. Enquanto o ligante convencional não demonstrou recuperação elástica, a incorporação de borracha levou à recuperação elástica de 28%, para ambos ligantes modificados. Após o ensaio RTFOT, o asfalto-borracha não teve suas propriedades alteradas de forma impactante: o ponto de amolecimento sofreu um pequeno aumento para os dois asfaltos-borracha e a reduzida perda de massa mostrou que a incorporação de borracha assegurou a fixação dos

aromáticos durante o processo de envelhecimento. Não obstante, foi observado aumento da resiliência devido à interação entre as moléculas de borracha e de ligante, proporcionada pela continuidade do processo de fusão.

Para o aperfeiçoamento do ligante CAP 50/70 com borracha brasileira, produzido pelo sistema continuous blend, A análise dos resultados, realizada por Fontes (2009), levou à escolha do teor de borracha de 17% com um tempo de digestão de 90 minutos, para uma temperatura de 180°C. Quanto à análise do comportamento reológico dos ligantes estudados, foram elaboradas curvas mestras para cada ligante, tomando como referência a temperatura de 20°C. Analisando as curvas mestras em conjunto, observa-se que, para frequências inferiores a 10 Hz, o ligante convencional brasileiro CAP 50/70 apresenta os menores valores de módulo complexo, enquanto que o ligante português PEN 35/50, modificado por borracha criogênica portuguesa (continuous blend), apresenta os maiores valores de módulo complexo. Para frequências superiores a 10 Hz, as curvas mestras apresentam comportamentos semelhantes.

Kök e Çolak (2011) compararam as propriedades de ligantes modificados por SBS e por borracha moída de pneu. O ligante asfáltico convencional foi modificado por teores de 2, 3, 4, 5 e 6% de SBS e teores de 3, 6, 9, 12 e 15% de borracha moída de pneu, obtida pelo processo ambiente. Testes com o DSR foram executados sob as seguintes condições: varreduras de frequência entre 0,01 e 1 Hz e temperaturas entre 40 e 80°C. A partir dos resultados obtidos, foram calculados os índices de modificação dos ligantes modificados, que consistem da relação entre o módulo complexo do ligante modificado e o módulo complexo do ligante convencional, a 50°C. A influência da frequência no módulo complexo pode ser observada na Figura 5 e na Figura 6, as quais apresentam os efeitos benéficos de diferentes teores dos agentes modificadores.

Figura 5 - Índices de modificação para ligantes modificados por borracha moída de pneu.

Fonte: Adaptado de Kök e Çolak (2011).

Figura 6 - Índices de modificação para ligantes modificados por polímero SBS.

Fonte: Adaptado de Kök e Çolak (2011).

O módulo complexo de cisalhamento do ligante modificado com 5% de SBS foi quinze vezes e seis vezes maior que o módulo complexo do ligante convencional, para frequências de oscilação de 0,01 Hz e 1 Hz, respectivamente. Os valores correspondentes para o ligante modificado por 12% de borracha moída de pneu foram de vinte quatro vezes e seis vezes. Além disso, os resultados indicaram que ocorreram alterações consideráveis nos índices de modificação para

teores maiores que 4% de SBS e 9% de borracha. Por isso, esses valores podem ser considerados limiares da transição para ligantes de desempenho superior (KÖK; ÇOLAK, 2011).

As variações no módulo complexo de cisalhamento, promovidas pela incorporação de SBS e borracha moída de pneu ao ligante asfáltico, podem ser visualizadas para frequências de 0,1 Hz e 1 Hz na Figura 7.

Figura 7 - Variações no módulo complexo em decorrência da incorporação de diferentes teores de SBS e borracha moída de pneu.

Fonte: Adaptado de Kök e Çolak (2011).

Os ensaios reológicos também demonstraram que os ângulos de fase, apresentados pelos ligantes modificados, diminuíram à medida que se aumentava a concentração de agentes modificadores. Para a frequência de oscilação de 1 Hz, as variações de módulo complexo e ângulo de fase, em decorrência da adição gradual de agentes modificadores, foram similares. Entretanto, para a frequência de oscilação de 0,1 Hz, foram notadas peculiaridades a respeito do ângulo de fase. Os ligantes modificados por borracha apresentaram menores ângulos de fase em relação aos ligantes modificados por SBS, sendo que os valores de módulo complexo se demonstraram semelhantes, entre os dois ligantes modificados. Para um módulo complexo de cisalhamento de 3 kPa, os ângulos de fase para os ligantes modificados por SBS e borracha foram, respectivamente, 69,8° e 63,5°. O reduzido ângulo de fase à baixa frequência, onde são típicos grandes carregamentos por parte dos veículos, indica uma resposta elástica mais efetiva. Portanto,

por apresentar menor ângulo de fase que o ligante modificado por SBS, o asfalto-borracha, com alto teor de incorporação, demonstrou comportamento mais flexível em baixas frequências, o que pode ser considerado um benefício potencial na resistência à deformação. As variações no ângulo de fase e no módulo complexo, pela incorporação gradual de agente modificador, estão expostas na Figura 8 (KÖK; ÇOLAK, 2011).

Figura 8 - Variação no módulo complexo e no ângulo de fase dos ligantes modificados.

Fonte: Adaptado de Kök e Çolak (2011).

Os resultados de viscosidade rotacional mostraram que a incorporação de modificadores causou um aumento exponencial dessa propriedade. Teores de incorporação de borracha superiores a 10% induziram a um aumento excessivo da viscosidade rotacional, excedendo o limite de 3.000 cP, estabelecido pela especificação Superpave. Foi determinado que os teores de incorporação de SBS e borracha correspondentes à viscosidade de 3.000 cP foram de 6,7 e 10,5%, respectivamente. Comparando os módulos complexos do ligante com 6,7% de SBS e do ligante com 10,5% de borracha à frequência de 1 Hz, mesmo esses dois ligantes apresentando a mesma viscosidade, o módulo complexo do asfalto-borracha corresponde à metade do valor do ligante modificado por SBS. Isso indica que, para teores de borracha acima de 10%, esse material modifica apenas fisicamente o ligante asfáltico (como um fíler), por meio da permanência de partículas de

borracha não dissolvidas (KÖK; ÇOLAK, 2011). Os resultados de viscosidade rotacional obtidos são apresentados na Figura 9.

Figura 9 - Variação na viscosidade rotacional dos ligantes modificados.

Fonte: Adaptado de Kök e Çolak (2011).