MATERIAIS ASFÁLTICOS (Noções Gerais)

(1)

MATERIAIS

ASFÁLTICOS

(2)

 Um dos mais antigos materiais de construção

utilizado pelo homem.

 Na Mesopotâmia: usado como aglutinante e

imperrmeabilizante.

 Citações na bíblia:

(3)

(Gênese 6,14)

“Faze para ti uma arca de

madeira resinosa. Farás a

arca com compartimentos.

Tu a revestirás com

betume

por dentro e por fora.”

 Primeiras aplicações: França (1802), EUA (1838) e Inglaterra (1869)

 Como derivado do petróleo iniciou-se a partir de 1909.

(4)

DEFINIÇÕES

ASFALTO

Material de consistência variável, cor pardo-escura, ou

negra, e no qual o constituinte predominante é o BETUME,

podendo ocorrer na natureza em jazidas ou ser obtido

pela refinação do Petróleo.

BETUME

Mistura de hidrocarbonetos pesados, obtidos em estado

natural ou por diferentes processos físicos ou químicos,

com seus derivados de consistência variável e com poder

aglutinante e impermeabilizante, sendo completamente

solúvel no bissulfeto de carbono (CS

₂

) ou tetracloreto de

carbono (CCL

₄

).

(5)

(6)

ALCATRÃO

Líquido

negro

viscoso

resultante

da

destilação destrutiva de carvão, madeira e

açúcar, constituindo um subproduto da

fabricação de gás e coque metalúrgico.

Em desuso em pavimentação.

(7)

CLASSIFICAÇÃO QUANTO À APLICAÇÃO

ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO

a) Cimentos Asfálticos (CAP)

b) Asfaltos Diluídos (ADP)

c) Emulsões Asfálticas (EAP)

d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros)

ASFALTOS INDUSTRIAIS

(8)

CLASSIFICAÇÃO QUANTO A ORIGEM

ASFALTOS NATURAIS

Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo

lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). Possuem de 60 a 80%

de betume

(9)

(10)

ROCHAS ASFÁLTICAS

O asfalto aparece impregnando os poros de algumas rochas

(Gilsonita) também misturado com impurezas minerais

(areias e argilas) em quantidades variáveis. O xisto

betuminoso é um exemplo de rocha asfáltica.

(11)

ASFALTOS DE PETRÓLEO

Mais empregado e produzido sendo isento de impurezas.

Pode ser encontrado e produzido nos seguintes estados:

a) Sólido

CAP

b) Semi-sólido

c) Líquido

Asfalto Dissolvido

Asfalto Emulsificado

(12)

ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO

CIMENTO ASFÁLTICO DO PETRÓLEO

(CAP)

(13)

O derivado de petróleo usado como ligante dos agregados

minerais denomina-se, no Brasil, Cimento Asfáltico de

Petróleo (CAP). É um material semi-sólido, de cor marrom

escura a preta, impermeável à água, viscoelástico, pouco

reativo, com propriedades adesivas e termoplásticas.

Mistura química complexa cuja composição varia com o

petróleo e processo de produção.

 Do seu peso molecular, >95% são hidrocarbonetos.

 Para ser usado deve ser aquecido.

 Cimento asfáltico de petróleo (CAP) é classificado pela

penetração desde 2005. Antigamente pela viscosidade ou pela

penetração.

(14)

OBTENÇÃO DO CAP

(15)

GÁS COMBUSTÍVEL G L P TORRE ATMOSFÉRICA NAFTA LEVE NAFTA PESADA QUEROSENE ÓLEO DIESEL FORNO DESSALGADORA PETRÓLEO

PARA SISTEMA DE VÁCUO TORRE DE

VÁCUO

GASÓLEO LEVE

GASÓLEO PESADO

ASFALTO (C A P)

(16)

(17)

(18)

Classificação

VISCOSIDADE

PENETRAÇÃO

CAP 7

CAP 30/45

CAP 20

CAP 40

CAP 85/100

CAP 150/200

CAP 50/70

(19)

(20)

(21)

No Brasil há 9 refinarias da PETROBRAS que produzem

asfalto:

 REDUC, REFAP, REVAP, RLAM, REGAP, LUBNOR,

REMAN, REPAR, REPLAN.

 Vários processos

 Vários petróleos,

 A maioria petróleo nac

ional

(22)

 Petróleo Bruto ou Cru

 Quase todo o asfalto em uso hoje em dia é obtido

do processamento de petróleo bruto (ou cru).

Muitas refinarias são localizadas próximas a locais

com transporte por água, ou supridos por dutos a

partir de terminais marítimos.

 A composição dos petróleos varia de acordo com a

fonte. Cada petróleo leva a diferentes quantidades

de resíduos de cimentos asfálticos (CAP) e outras

frações destiláveis.

(23)

(24)

Importância do Asfalto

 A maioria das rodovias no Brasil são de

revestimentos asfálticos.

 O CAP representa de 25 a 40% do custo da

construção do revestimento.

 Quase sempre é o único elemento

industrializado usado nas camadas do

pavimento.

(25)

1 .5 3 8 .1 5 6 1 .9 6 9 .3 2 1 1 .5 5 1 .3 9 5 1 .7 7 5 .6 0 9 1 .5 9 8 .8 5 8 1 .6 2 6 .2 8 6 1 .1 5 7 .0 8 3 1 .4 0 9 .2 7 5 1 .4 4 3 .8 6 2 1 .8 5 0 .8 6 0 0 200.000 400.000 600.000 800.000 1.000.000 1.200.000 1.400.000 1.600.000 1.800.000 2.000.000 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

CONSUMO DE ASFALTO NO BRASIL

(26)

(27)

2010 ~ 2.763.000

(28)

(29)

 Adesivo termoplástico:

 comportamento viscoelástico.

 Impermeável à água.

 Quimicamente pouco reativo.

 Comportamento viscoelástico relacionado à

consistência e à suscetibilidade térmica:

 tráfego rápido



comportamento elástico

 tráfego lento



comportamento viscoso

(30)

Aplicações

- Deve ser livre de água, homogêneo em suas características

e conhecer a curva viscosidade-temperatura.

- Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto

asfáltico devem-se usar: CAP 30/45, 50/70 e

85/100

- Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso

deve-se usar e CAP150/200.

Restrições

Não podem ser usados acima de 177



C, para evitar possível

craqueamento térmico do ligante. Também não devem ser

aplicados em dias de chuva, em temperaturas inferiores a 10



C e

sobre superfícies molhadas

(31)

ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

Átomos

 Hidrogênio e carbonos (H, C) 90-95%

 heteroátomos (N, O, S)

5-10%

 substituindo C, gera polaridade e pontes de

hidrogênio entre moléculas, atua no envelhecimento

 forte efeito nas propriedades

 metais (V, Ni, Fe)

< 1%

 depende do petróleo de origem

(32)

Constituição Química do CAP

 Mistura química complexa, cuja composição varia com

o petróleo e o processo de produção. Peso molecular:

300 - 2000; 95% hidrocarbonetos; 5% S; 1% N e O;

2.000 ppm metais (V, Ni, Fe etc.).

 CAPs apresentam um número de átomos de carbono

entre 24 e 150. Constituem-se de compostos polares e

polarizáveis, capazes de associação, e compostos

não-polares (hidrocarbonetos aromáticos e saturados).

(33)

Modelo hipotético de uma

molécula de asfalteno

(34)

Análise Elementar do CAP

Exemplo

ORIGEM

Mexicano BOSCAN

Califórnia

Bacia

Árabe

Campos Campos

Leve

REFINARIA

-

RLAM

-

REGAP REPLAN

REDUC

ELEMENTOS

Carbono (%)

83,8

82,9

86,8

86,5

85,4

83,9

Hidrogênio (%)

9,9

10,4

10,9

11,5

10,9

9,8

Nitrogênio (%)

0,3

0,8

1,1

0,9

0,5

Enxofre (%)

5,2

5,4

1,0

0,9

2,1

4,4

Oxigênio (%)

0,8

0,3

0,2

0,7

1,4

Vanádio (ppm)

180 1380

4

38

210

78 Níquel (ppm)

22

109

6

32

66

24

(35)

Relação entre Composição

e Propriedades Físicas



saturados - têm influência negativa na suscetibilidade térmica. Em maior

concentração, amolecem o produto;



aromáticos - agem como plastificantes, contribuindo para a melhoria de suas

propriedades físicas;



resinas - têm influência negativa na suscetibilidade térmica, mas contribuem na

melhoria da ductilidade e dispersão dos asfaltenos;



asfaltenos - contribuem para a melhoria da suscetibilidade térmica e aumento

da viscosidade.

O método analítico mais empregado para o fracionamento dos CAPs é o

SARA, que separa os compostos constituintes em quatro categorias:

 hidrocarbonetos saturados (S);

 hidrocarbonetos aromáticos (A);

 resinas (R);

(36)

Composição Química do CAP

 O asfalteno é separado primeiro por

precipitação com a adição de n-heptano.

 Os outros constituintes, solúveis em

n-heptano, são separados por

cromatografia de adsorção.

 O asfalteno é um aglomerado de

compostos polares e polarizáveis,

formados em conseqüência de

associações intermoleculares. São

considerados responsáveis pelo

comportamento reológico dos CAPs e

constituídos de hidrocarbonetos

naftênicos condensados e de cadeias

curtas de saturados.

 O peso molecular do asfalteno é da

ordem de 3.000.

Saturados

Aromáticos

Resinas

(37)

Estrutura Proposta por Yen

 O CAP é um sistema coloidal, constituído pela suspensão

de micelas de asfaltenos, peptizadas por resinas em meio

oleoso (saturados e aromáticos), dando o equilíbrio entre

moléculas



micelas



aglomerados.

 A vantagem deste esquema

é introduzir a característica

de interação dos

asfaltenos, que conduz à

formação de aglomerados

responsáveis pelo caráter

gel.

(38)

Representação Sol e Gel

Representação esquemática do betume tipo ´SOL`

Representação esquemática do betume tipo ´GEL`

Asfaltenos

Hidrocarboneto aromático de alto peso molecular

Hidrocarboneto aromático de baixo peso molecular

Hidrocarb. naftênicos/ aromáticos Hidrocarb. Alifáticos/naftênicos Hidrocarbonetos saturados

(39)

Envelhecimento

 Volatização

 Curto -prazo

 Oxidação

 Não polar a polar (anfotérico)

 Longo-prazo

 Estrutura molecular

 Polares associados são arranjos preferidos a

temperatura ambiente

 Não polares se organizam a temperaturas baixas

 Pesos moleculares e quantidade de não polares /

solventes decrescem

(40)

ASFALTOS DILUÍDOS

(ADP)

(41)

(42)

Classificação

CR



Cura Rápida



Solvente: Gasolina

CM



Cura Média



Solvente: Querosene

(43)

(44)

(45)

(46)

Classificação

Quanto à utilização

(47)

ASFALTOS MODIFICADOS (Asfaltos Polímeros)

Os polímeros mais utilizados são:

SBS (Copolímero de Estireno Butadieno); SBR (Borracha de Butadieno

Estireno); EVA (Copolímero de Etileno Acetato de Vinila); EPDM

(Tetrapolímero Etileno Propileno Diesso); APP (Polipropileno Atático);

Polipropileno; Borracha vulcanizada; Resinas; Epoxi; Poliuretanas; etc.

(48)

(49)

Estoque de pneus

_{Pneu entrando na esteira}

Esteira de moagem

Pneu sendo moído

Diferentes fases

de moagem

(50)

ASFALTOS MODIFICADOS (Asfaltos Polímeros)

Suas principais vantagens:

-

Diminuição da suscetibilidade térmica

- Melhor característica adesiva e coesiva

- Maior resistência ao envelhecimento

- Elevação do ponto de amolecimento

- Alta elasticidade

- Maior resistência à deformação permanente

- Melhores características de fadiga

(51)

(52)

PRINCIPAIS FUNÇÕES do ASFALTO NA PAVIMENTAÇÃO

a)

Aglutinadora: Proporciona íntima ligação entre

agregados, resistindo à ação mecânica dedesagregação

produzida pelas cargas dos veículos.

b)

Impermeabilizadora: Garante ao revestimento vedação

eficaz contra penetração da água proveniente da

precipitação.

c)

Flexibilidade: Permite ao revestimento sua acomodação

sem fissuramento a eventuais recalques das camadas

subjacentes do pavimento.

(53)

(54)

(55)

Asfaltos:

Caracterização

Brasileira

(56)

Cimento Asfáltico de Petróleo

 Classificado por penetração

a 25ºC (até 2005) em

algumas refinarias

:

 30/45

 50/60

 85/100

 150/200

 Classificado por viscosidade

a 60°C (até 2005):

 CAP 7

 CAP 20

 CAP 40

(57)

Cimento Asfáltico de Petróleo

 Classificado por penetração

a 25ºC (a partir de 2005)

:

 30/45

 50/70

 85/100

 150/200

(58)

Tabela Especificação 2005

(*) relação entre a penetração após o efeito do calor e do ar em estufa RTFOT e a penetração antes do ensaio

.

Características Unidade

Limites Métodos

CAP 30-45 CAP 50-70 CAP 85-100 CAP 150-200 ABNT ASTM

Penetração (100g, 5s, 25, o_C) _0,1mm _{30 a 45} _{50 a 70} _{85 a 100} _{150 a 200} _{NBR 6576} _{D 5} Ponto de Amolecimento o_C ₅₂ ₄₆ ₄₃ ₃₇ _{NBR 6560} _{D 36} Viscosidade Saybolt-Furol s NBR 14950 E 102 a 135o_C ₁₉₂ ₁₄₁ ₁₁₀ ₈₀ a 150o_C ₉₀ ₅₀ ₄₃ ₃₆ a 177o_C _{40 a 150} _{30 a 150} _{15 a 60} _{15 a 60} Viscosidade Brookfield cP NBR 15184 D 4402 a 135o_{C, SP 21, 20rpm mín} ₃₇₄ ₂₇₄ ₂₁₄ ₁₅₅ a 150o_{C, SP 21, mín} ₂₀₃ ₁₁₂ ₉₇ ₈₁ a 177o_{C, SP 21 mín} _{76 a 285} _{57 a 285} _{28 a 114} _{28 a 114} Índice de Susceptibilidade Térmica (-1,5) a (+0,7) (-1,5) a (+0,7) (-1,5) a (+0,7) (-1,5) a (+0,7) - - Ponto de Fulgor mín. o_C ₂₃₅ ₂₃₅ ₂₃₅ ₂₃₅ NBR 11341 D 92 Solubilidade em tricloroetileno, mín % massa 99,5 99,5 99,5 99,5 NBR 14855 D 2042 Ductilidade a 25 o_{C, mín.} _cm ₆₀ ₆₀ ₁₀₀ ₁₀₀ _{NBR 6293} _{D 113}

(59)

Tabela Especificação 2005

(cont.)

(*) relação entre a penetração após o efeito do calor e do ar em estufa RTFOT e a penetração antes do ensaio

.

Características Unidade Limites Métodos CAP 30-45 CAP 50-70 CAP 85-100 CAP 150-200 ABNT ASTM

Efeito calor e ar a 163

o

_{C, 85 mín}

D 2872

Variação em massa, máx

% massa

0,5

Ductilidade a 25

o

_C

_cm

₁₀

₂₀

₅₀

_{NBR 6293}

_D113

Aumento do Ponto de

Amolecimento

o

_C

₈

_{NBR 6560}

_{D 36}

(60)

CAP

Ensaios correntes

da classificação

(61)

Penetração

 Ensaio de classificação de

cimentos asfálticos.

 Medida de consistência.

 Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s

NBR 6576.

 Presente em especificações

ASTM e européias.

(62)

Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576)

Ensaios de Consistência

 Profundidade, em

décimo de milímetro,

que uma agulha de

massa padronizada

(100 g) penetra numa

amostra de cimento

asfáltico (por 5

segundos) à

temperatura de 25



C.

(63)

(64)

Penetração

(65)

(66)

Ponto de Amolecimento

 Ensaio classificatório de

especificações européias

 Especificação NBR 6560

 Empregado para estimativa

de susceptibilidade térmica.

 Presente em especificações

de asfaltos modificados e

asfaltos soprados.

(67)

Ensaios de Consistência

 Uma bola de aço de dimensões e

peso especificados é colocada no

centro de uma amostra de asfalto em

banho. O banho é aquecido a uma

taxa controlada de

5 

C/minuto.

Quando o asfalto

amolece, a bola e o

asfalto deslocam-se

em direção ao fundo.

Ponto de Amolecimento -

Anel Bola

(68)

Ponto de Amolecimento

(69)

(70)

Índice de Suscetibilidade Térmica Pfeiffer Van Doormal

PA

PEN

PA

PEN

x

PVD









log

50

120 1951

20 log

500 Onde

PA = Ponto de Amolecimento:

PEN = Penetração do asfalto (em 0,1mm)

PVD < - 2 → asfaltos que amolecem muito rapidamente com o aumento da

temperatura e tendem a ser quebradiços em baixas temperaturas

PVD > + 2 → Asfaltos oxidados com baixíssima suscetibilidade térmica e

não são indicados para serviços de pavimentação

Brasil → - 2 < PVD < +1

(71)

(72)

- Acima da temperatura correspondente ao seu Ponto de

Amolecimento, os CAP’s apresentam comportamento Newtoniano

ou aproximadamente Newtoniano

- Abaixo do Ponto de Amolecimento, a até cerca de 0ºC, os CAP’s

podem apresentar um fluxo Newtoniano até um fluxo muito

complexo

- Para temperaturas muito baixas (inferiores a 0ºC) e pequenos

tempos de aplicação de cargas, o comportamento dos CAP’s é de

um sólido praticamente elástico

(73)

Ensaios de Consistência

Dutilidade

 A dutilidade é dada

pelo alongamento em

centímetros obtido

antes da ruptura de

uma amostra de CAP

com o menor diâmetro

de 1 cm

2 _{, em banho de}

água a 25



C,

submetida pelos dois

extremos à tração de 5

cm/minuto.

(74)

Dutilidade

 Resistência à tração do ligante.

 Empregado para ensaios de retorno elástico de asfaltos

modificados.

(75)

(76)

Ensaios de Segurança

Ponto de Fulgor

 Menor temperatura, na qual os

vapores emanados durante o

aquecimento do material

betuminoso se inflamam a uma

fonte de ignição.

(77)

Ponto de Fulgor

 Requisito de

segurança.

 Vaso aberto

Cleveland.

(78)

(79)

Ponto de Fulgor (Segurança)

Termômetro

Cápsula cheia

de amostra

(80)

Solubilidade (Pureza)

Em tricloroetileno

NBR 14855

(81)

Solubilidade (Pureza)

Foto:PBS

(1) Materiais e equipamentos

(2) Cadinho com papel filtro (esq)

Amostra antes da filtragem (dir)

(82)

Ensaio de massa específica

do ligante

 Picnômetros com asfalto e água

 Determinação da massa do picnômetro totalmente

preenchido com água a 25°C

 Determinação da massa do picnômetro preenchido até

a metade com asfalto a 25°C

 Determinação da massa do picnômetro preenchido

metade com água e metade com asfalto, a 25°C

ABNT 6296

ETAPAS:

(83)

Etapas do ensaio de massa

específica do ligante

(1) Picnômetros com asfalto e com água

_{(2) Massa do picnômetro com água a 25}

o

_C

(3) Massa do picnômetro com asfalto até a metade (4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água

(84)

VISCOSIDADE (Lei de Newton):

“A resistência ao deslocamento relativo das partes de um líquido é

proporcional à velocidade com que estas partes se separam uma da

outra.”

A viscosidade é uma medida da consistência que o material apresenta ao

movimento relativo de suas partes ou ainda de sua capacidade de fluir.

É a característica inerente ao material de opor-se ao fluxo ou

deslocamento de uma partícula sobre partículas adjacentes devido a uma

espécie de atrito interno do material

(85)









t





(86)

Viscosímetros para

Fluídos Newtonianos

Necessário para:

 Especificação de CAP (garantir

bombeamento).

 Determinação da temperatura de

usinagem e compactação.

 Por capilar – viscosidade cinemática.

 Determinação do tempo de

escoamento em tubos / orifícios

calibrados:

Saybolt Furol ASTM

D 88 e ASTM E 102.

Cannon Fenske e

Zeithfuchs ASTM D 2170.

(87)

Viscosidade Capilar

a Vácuo a 60ºC

 Ensaio da

classificação

brasileira de cimento

asfáltico até 2005

 NBR 5847

 Presente em

especificações

ASTM e européias.

 Medida de

consistência.

(88)

Ensaios de Consistência -

Viscosidade

Viscosímetro Cannon Fenske e

Zeithfuchs

(89)

Ensaios de Consistência -

Viscosidade

Viscosímetro Saybolt

Furol

(90)

Viscosímetro Rotacional

(Brookfield)

 MEDIDAS: propriedades

relacionadas ao bombeamento e

estocagem.

 ABNT 15184 (2004)

 ASTM D 4402 (2002)

 RESULTADOS:

 comportamento do fluido

viscosidade x taxa de

cisalhamento x tensão de

cisalhamento;

 viscosidade dinâmica (cP);

 gráfico temperatura-viscosidade

para projeto de mistura.

(91)

Viscosímetro Rotacional

(Brookfield)

(92)

Viscosímetro Rotacional

(Brookfield)

Cilindro interno

Motor

Torque

Câmara de

condicionamento

Thermosel

Controlador

digital de temperatura

(93)

 Em função da curva viscosidade – temperatura do ligante

asfáltico a ser usado na mistura.

 Temperatura de Mistura:

 ligante: correspondente à viscosidade 85±10 SSF ou

0,17±0,02 Pa.s;

 agregado: de 10 a 15ºC acima da temperatura do ligante.

 Temperatura de Compactação: correspondente à viscosidade

140±15 SSF ou 0,28±0,03Pa.s.

Temperaturas de Mistura e

Compactação

(94)

Gráfico Viscosidade-Temperatura

Exemplo de temperaturas (ºC) de trabalho determinadas para 3 ligantes, de

acordo com as viscosidades Saybolt-Furol.

V

is

co

si

d

ad

e

(cP

)

Temperatura (ºC)

Material

CAP-20

EVA

RASF

Ligante

158

170

170 Agregado

171

183

183 Mistura

146

161

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 10 100 1000 10000

(95)

(96)

 Simula o envelhecimento da

usinagem;

 Temperatura: 163°C;

 Tempo: 5h;

 Determina a perda ou ganho de peso;

 Especificação ASTM D 1754;

 Especificação ABNT 14736 .

Estufa de Efeito de Calor e

Ar: Película Delgada (TFOT)

Ensaio de Durabilidade:

Efeito do Calor e do Ar

(97)

Estufa de Película Fina

Vista da

estufa fechada

Placa rotativa

Prato

Termômetro

Prato com

asfalto

(98)

Ensaios de Durabilidade

Estufa de Filme Fino Rotativo (Rolling Thin Film Oven Test -

RTFOT) - ABNT 15235 e ASTM 2872

 Neste ensaio, uma fina película de asfalto é continuamente

girada numa jarra de vidro a 163



C por 85 minutos, com uma

injeção de ar a cada 3 a 4 segundos.

(99)

(100)

(101)

Comportamento do Asfalto

 Comportamento

Viscoelástico

 Correlação entre

tempo/temperatura

(102)

Usos do Cimento Asfáltico

 Matéria-prima de asfaltos diluídos, emulsões asfálticas,

asfaltos modificados, asfalto espuma e asfaltos soprados.

 Aplicações rodoviárias a quente – concreto betuminoso a

quente – CBUQ e misturas especiais – CPA, SMA, BBTM,

Gap-graded, etc.

(103)

Deformação Permanente

Ocorre a temperaturas

altas

 No Brasil, entre 62 e 70 ºC

 Influência predominante do

agregado

(104)

Trincas por Fadiga

Ocorre a temperaturas

intermediárias

 No Brasil, entre 30 e 40 ºC

 Nos EUA, entre 20 e 30ºC

Efeito do agregado e

do ligante

(105)

Trincas Térmicas

Ocorre somente em

países frios, geralmente

em temperaturas

inferiores a -10 º C

 Influência predominante do

ligante

(106)

Emulsões Asfálticas,

Asfalto Diluído e

(107)

(108)

(109)

(110)

Classificação

Quanto à utilização

(111)

Emulsão Asfáltica

 Uma dispersão é um sistema de várias fases, onde

uma é contínua (fase dispersante – líquida) e outra, pelo

menos, é finamente dividida e repartida (fase dispersa

ou descontínua). Entre as diferentes dispersões,

existem duas categorias exploradas no campo

industrial: as suspensões e as emulsões.

 As emulsões têm maior regularidade no tamanho e na

distribuição do grão do que as suspensões comuns e

grãos maiores do que as soluções coloidais.

(112)

Emulsão Asfáltica

 O tamanho médio dos grãos de uma emulsão é da ordem

de 1 mícron, podendo o seu tamanho máximo atingir

alguns micros. Enquanto nos colóides é impossível a

separação das micelas por meios mecânicos, a exemplo

das soluções moleculares, na emulsão isto é possível.

(113)

Emulsões Asfálticas

Óleo e água podem formar

emulsão, porém se separam

rapidamente quando cessa a

agitação.

As emulsões estáveis têm o

emulsificante, que previne ou

retarda a separação das fases.

As emulsões asfálticas são do tipo

“óleo em água” e constituídas por:

 Cimento asfáltico (60 a 70%),

disperso em fase aquosa, que é

composta de ácido + emulsificante

(0,2 a 1%) + água + solvente.

Esquema de preparação de

emulsão asfáltica

FASE OLEOSA FASE AQUOSA EMULSÃO GROSSEIRA FASE OLEOSA FASE AQUOSA FENÔMENO DE COALESCÊNCIA EMULSÃO ESTÁVEL (GROSSEIRO) AGENTE QUÍMICO EMULSIFICANTE

(114)

Fabricação da Emulsão Asfáltica

 Cimento asfáltico aquecido e água contendo um agente

emulsificador são passados sob pressão por um

moinho coloidal para produzir glóbulos pequenos de

CAP que ficam suspensos na água.

 O agente emulsificador impõe uma carga elétrica à

superfície dos glóbulos de CAP, que faz estes se

repelirem e não coalescer.

 O processo de emulsificação quebra o asfalto em

glóbulos, o que é dificultado pela coesão interna e

viscosidade do CAP e pela tensão superficial que resiste

à criação de novas interfaces.

(115)

Fabricação da Emulsão Asfáltica

Para obter uma emulsão é necessário:

 Uma energia de dispersão: agente mecânico que promove

a fragmentação da fase dispersa e a sua conseqüente

dispersão.

 Um emulsificante: agente físico-químico que atende a uma

dupla finalidade:

 baixar a tensão interfacial entre as duas fases, facilitando a

emulsificação;

 estabilizar a emulsão obtida fixando-se à periferia dos grãos

da fase dispersa, impedindo assim que os mesmos se

juntem (coalescência).

(116)

Fabricação da Emulsão Asfáltica

Moinho coloidal

 Consiste de um rotor de alta velocidade

que gira entre 1000rpm a 6000rpm num

stator. O espaçamento entre o rotor e o

stator é tipicamente de 0,25mm a

0,50mm, ajustável.

 O asfalto aquecido e o emulsificante são

colocados no moinho simultaneamente.

As temperaturas dos componentes

(100



C a 140



C do asfalto, < 90



C da

emulsão no final) variam com o tipo e

porcentagem de asfalto na emulsão, o

tipo de emulsificante, etc.

(117)

Exemplo de Fábrica de

Emulsão Asfáltica

Vista geral do galpão

Tanques do produto acabado

Tanques da fase aquosa

Tanques de CAP

Moinho coloidal

(118)

Exemplo de Fábrica de

Emulsão Asfáltica

Paulínea, SP

(119)

Classificação das Emulsões

As emulsões asfálticas podem ser classificadas:

 Quanto à carga da partícula: os dois tipos mais

comuns são: catiônicas e aniônicas;

 Quanto ao tempo de ruptura: ruptura rápida

(120)

Classificação das Emulsões

Classificadas de acordo com ruptura, viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente,

desemulsibilidade, resíduo de destilação e quanto à utilização em 7 tipos:

Teor mín.

Viscosidade

Emulsão

Tipo

Vel. de Ruptura de resíduo

Saybolt

Desemulsibilidade

asfáltico

Furol a 50

o

_C

RR-1C

Catiônica

Rápida

62%

entre 20 e 90s

Superior a 50%

RR2-C

Catiônica

Rápida

67%

entre 100 e 400s

Superior a 50%

RM-1C

Catiônica

Média

62%

entre 20 e 200s

Inferior a 50%

RM-2C

Catiônica

Média

65%

entre 100 e 400s

Inferior a 50%

RL-1C

Catiônica

Lenta

60%

máx de 70s

-

LA-1C

Catiônica

-

58%

máx de 100s

-

(121)

Agente Emulsificante

Agente emulsificante:

 Longa cadeia

hidrocarbonada que termina

com um grupo funcional

catiônico ou aniônico. A

parte parafínica da molécula

tem uma afinidade pelo

betume e a parte iônica

(polar) uma afinidade pela

água. O emulsificante não é

apenas um agente

estabilizador, mas um

promotor de adesividade.

Comportamento do

emulsificante na emulsão

(122)

Tipos de Emulsão

quanto à Carga

(a) Aniônicas

 São as mais antigas. Os glóbulos de asfalto são carregados

negativamente. Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão

aniônica (ensaio de eletroforese), os grãos se dirigirão para

o anodo (ensaio de carga de partícula).

(123)

(124)

Esquema do ensaio de carga de partícula de uma Emulsão Catiônica

Tipos de Emulsões

quanto a Carga Elétrica

(b) Catiônicas

 Atualmente este tipo de emulsão é a mais empregada. Os glóbulos

de asfalto são carregados positivamente.

 Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão catiônica, os grãos se

dirigirão para o catodo.

 O agente emulsificante utilizado é um sabão ácido (sal de amina

resultante de uma base fraca + ácido forte), por isto são chamadas

emulsões ácidas.

(125)

(126)

Ruptura da Emulsão

 Quando a emulsão entra em

contato com o agregado pétreo

inicia-se o processo de ruptura da

emulsão, que é a separação do

CAP e da água, o que permite o

recobrimento do agregado por uma

película de asfalto. A água é

liberada e evapora-se.

 A ruptura da emulsão consiste na

anulação da camada de proteção

dos grãos de asfalto dispersos na

água e se observa pela união dos

mesmos (coagulação ou

floculação).

Esquema de Coalescência na

interface emulsão/agregado

 A velocidade de ruptura é função da composição química do

agente emulsificante e da sua dosagem na emulsão.

(127)

Fatores que Afetam a

Ruptura das Emulsões

FATORES QUE RETARDAM

A RUPTURA

Emprego de um asfalto

de alta viscosidade

(cimentos asfálticos)

Pequena concentração

de asfalto

Emprego de uma elevada

quantidade de emulsivo

Emprego de um emulsivo

aniônico

Utilização de um material

úmido pouco reativo e uma

pequena superfície específica

Temperatura ambiente.

Temperatura baixa dos

agregados e da emulsão

Ausência ou pequena agitação

das misturas emulsão +

agregados

FATORES QUE ACELERAM

A RUPTURA

Emprego de um asfalto de

baixa viscosidade (asfaltos

diluídos ou fluxados)

Concentração de

asfalto elevada

Emprego de uma pequena

quantidade de emulsivo

Emprego de um

emulsivo catiônico

Utilização de um material

seco reativo e com alta

superfície específica

Temperatura ambiente.

Temperatura alta dos

agregados e da emulsão

Agitação intensa da mistura

emulsão + agregados

(128)

Aplicação de Emulsão

 Lama Asfáltica

 Microrrevestimento asfáltico

 Pré-misturado a frio

 Tratamento superficial

 Pinturas de ligação

 Reciclagem

(129)

(130)

Asfalto Diluído de Petróleo

(ADP)

(131)

ASFALTOS DILUÍDOS

(ADP)

(132)

(133)

Classificação

CR



Cura Rápida



Solvente: Gasolina

CM



Cura Média



Solvente: Querosene

CL



Cura Lenta



Solvente: Gasóleo

(134)

Asfalto Diluído de Petróleo (ADP)

 Asfaltos diluídos são asfaltos líquidos

produzidos pela adição de solventes de petróleo

(ou diluentes) aos cimentos asfálticos para

diminuir a viscosidade do CAP para aplicação a

temperaturas próximas da ambiente.

 O contato do ADP com agregados ou com o

material de base provoca a evaporação do

solvente, deixando o resíduo de cimento

asfáltico na superfície.

(135)

Asfalto Diluído de Petróleo (ADP)

Baseado na velocidade de evaporação, os

ADP’s são divididos em três grupos:

(a)Cura rápida (CR)

– produzido pela adição de

um diluente leve de alta volatilidade

(geralmente gasolina ou nafta);

(b) Cura média (CM)

– produzido pela adição de

um diluente médio de volatilidade intermediária

(querosene); usado para imprimação

(136)

Asfalto Diluído de Petróleo (ADP)

Cada categoria apresenta tipos de diferentes viscosidades

cinemáticas em função da quantidade de diluente:

 Os CR são constituídos pelos tipos: CR-70, CR-250;

 Os CM pelos tipos CM-30 e CM-70.

A quantidade de cimento asfáltico e diluente usada na

fabricação de ADP varia com as características dos

componentes, sendo, em geral, em volume:

 Tipo 30: 52% de asfalto e 48% de diluente;

 Tipo 70: 63% de asfalto e 37% de diluente;

 Tipo 250: 70% de asfalto e 30% de diluente.

(137)

Asfalto Diluído de Petróleo

(ADP) - Aplicações

 Em serviços de imprimação recomenda-se o uso dos

ADP’s CM-30. Não se fabrica mais no Brasil o CM-70.

Não se recomenda o uso de ADP CR, devido a penetração não

adequada na base.

A taxa de aplicação varia de 0,8 a 1,4l/m

2 _{, devendo ser determinada}

experimentalmente mediante absorção pela base em 24 horas.

O tempo de cura é geralmente de 48 horas, dependendo das

condições climáticas locais (temperatura, ventos, etc.).

 Como pintura de ligação sobre a superfície de bases

não absorventes e não betuminosas pode ser usado

ADP CR-70, pois não há necessidade de penetração do

material asfáltico aplicado, e sim de cura mais rápida. A

taxa de aplicação é em torno de 0,5l/m

2 _.

(138)

Asfaltos Diluídos de Petróleo

Em duas taxas de evaporação,

classificado por viscosidade a

60ºC:

 de cura rápida: CR-70, CR-250;

 de cura média: CM-30.

Em países desenvolvidos, seu

uso em imprimação está sendo

substituído por emulsões

asfálticas devido a problemas

ambientais.

Imprimação de bases de

solos e granulares

(139)

Porque se Usar Emulsão

no Lugar de ADP ?

As emulsões asfálticas vêm sendo cada vez mais usadas no

lugar de ADP devido a:

 Regulamentações ambientais: emulsão não polui pois há

uma pequena quantidade de voláteis (em relação ao ADP)

que evapora além da água;

 Perda de produtos valiosos: na cura do ADP, os diluentes,

que demandam grande energia para serem produzidos,

são perdidos para a atmosfera;

 Segurança: o uso de emulsão é seguro. Há pouco risco de

incêndio comparando com ADP, que pode ter baixo ponto

de fulgor;

 Aplicação a temperaturas ambientes: emulsão pode ser

aplicada a temperatura mais baixa comparativamente ao

ADP, economizando combustível.

(140)

Asfalto Espuma

de Asfalto

(141)

Conceituação

 ESPUMA DE ASFALTO:

“Mistura de asfalto, aquecido à

aproximadamente 180

0 _{C, e água a temperatura}

ambiente” (WIRTGEN, 2001)

 ESPUMA DE ASFALTO:

“Técnica de utilização do ligante

asfáltico que consiste em promover o encontro, sob

condições apropriadas, entre o asfalto aquecido a

temperatura típica de utilização a quente, com água

(142)

Breve Histórico

 1957: Prof. Ladis Csanyi, Universidade Estadual

de Iowa, USA, estabelece o conceito de espuma

de asfalto.

 1960 e 1970: Companhia Mobil Oil Austrália Ltda

também desenvolve uma tecnologia para esta

nova forma de usar o CAP.

 1990: Perda da validade das patentes. Grande

surto de aplicações coincidindo com o

(143)

Asfalto Espuma de Asfalto

Esquema da câmara de expansão

(WIRTGEN, 2001)

(144)

Asfalto Espuma de Asfalto

Equipamento piloto para gerar a espuma de asfalto para

estudos de laboratório (WLB 10 -WIRTGEN, 2001)

(145)

Como Age a Espuma de Asfalto?

 Age formando um mástique através do

contato do asfalto espumado com as

partículas finas, menores que 0,075mm de

diâmetro (material passante na #200).

(146)

Propriedades Fundamentais

Espuma de Asfalto

TAXA DE EXPANSÃO

: é a relação entre o volume

máximo do CAP em estado de "espuma" e o

volume de CAP remanescente, após a espuma

estar completamente assente.

MEIA VIDA

: é o tempo em segundos necessário

para uma espuma regredir do seu volume máximo

até a metade deste volume.

(147)

Asfalto Espuma de Asfalto

(148)

Asfalto Espuma de Asfalto

Otimização da taxa de expansão e a meia vida

(WIRTGEN, 2001)

(149)

Fatores que Influenciam nas

Propriedades - Espuma de Asfalto

 Temperatura do asfalto.

 Quantidade de água adicionada ao asfalto.

 Pressão sob a qual o asfalto é injetado na câmara

de expansão: baixas pressões (menores que 3 bar)

afetam negativamente tanto a taxa de expansão,

como a meia vida.

 Consistência do asfalto de origem.

 Presença de agentes anti-espumantes, tais como,

compostos de silicone.

(150)

Principal Uso



Reciclagem a frio “in situ” de

revestimento.



Reciclagem a frio “in situ” de

revestimento e base com

espuma de asfalto e cimento.

 Mistura final será utilizada

como camada de base,