BRPI0900455A2 - mÉtodo para preparo de misturas asfÁlticas mornas - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PREPARO DE MISTURAS ASFÁLTICAS MORNAS. É descrito um método para o preparo de misturas asfálticas mornas, caracterizadas por apresentar uma temperatura de usinagem inferior em 30<198>C a 40<198>C às temperaturas empregadas na produção de misturas asfálticas convencionais (150<198>C a 190<198>C). Em tal método, uma pequena porção de agregados miúdos, com um teor de umidade superior a 10% em massa, gera o espumamento do asfalto, reduzindo a sua viscosidade, facilitando, assim, o recobrimento dos agregados e a posterior compactação da referida mistura.

Description

MÉTODO PARA PREPARO DE MISTURAS ASFÁLTICAS MORNAS

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se aplica a métodos de preparo de misturasasfálticas mornas, caracterizadas por apresentar uma temperatura deusinagem inferior em 30°C a 40°C às temperaturas empregadas naprodução de misturas asfálticas convencionais (150°C a 190°C).

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Misturas asfálticas usinadas a quente empregadas na construção derodovias ou pavimentos em geral, compreendem agregados minerais eligantes asfálticos. Usualmente, são produzidas a altas temperaturas, quepodem variar numa faixa de 150°C a 190°C, e aplicadas e compactadasem temperaturas igualmente elevadas, variando de 130°C a 160°C.

O uso de elevadas temperaturas na produção de tais misturas visaà secagem dos agregados e ao recobrimento destes pelo Iigante asfáltico,de forma a alcançar o adequado espalhamento, compactação e resistênciamecânica da mistura durante a pavimentação.

Tais temperaturas são alcançadas, geralmente, utilizando-secombustíveis de origem fóssil, o que leva a produção de gases poluentes,além de contribuir para o aumento do efeito estufa. A mistura asfálticaassim produzida libera fumos, que impactam diretamente a saúde dostrabalhadores envolvidos, além de consumir enorme quantidade deenergia.

Diante dos fatos acima expostos e da redução dos limites detolerância impostos pelas legislações ambientais e crescenteconscientização mundial com relação à saúde dos trabalhadores,inúmeros estudos vêm sendo realizados com o intuito de reduzir estastemperaturas, e desta forma minimizar os efeitos de seu emprego.

Dentre as tecnologias emergentes, uma aparentemente promissoraé a de produção de misturas asfálticas mornas. A mistura asfáltica mornarepresenta um grupo de tecnologias que tem como objetivo reduzir aviscosidade do asfalto e ao mesmo tempo promover a completa coberturados agregados a temperaturas inferiores em 20°C a 50°C em relação àsmisturas asfálticas usinadas a quente.

Geralmente, estas tecnologias são classificadas em relação aosaditivos empregados. Uma das classificações utilizadas é a divisão de taistecnologias em dois grupos: as que utilizam a adição de água; sejadiretamente ou a partir da adição de um material hidrofílico, e aquelas queutilizam aditivos orgânicos/parafinas, nos dois casos com o objetivo dereduzir a temperatura de produção da mistura asfáltica.

Dentre os processos para a produção de misturas asfálticas mornasenvolvendo aditivos orgânicos, pode-se citar a patente US 6,588,974, ondeé descrita a utilização de parafinas obtidas a partir da síntese de Fischer-Tropsch na redução da viscosidade do Iigante asfáltico em temperaturaselevadas (acima de 100°C), permitindo a usinagem de misturas asfálticasa menores temperaturas. A adição de parafinas, porém, tem oinconveniente da necessidade de seleção criteriosa do tipo de parafinaempregado, de forma a evitar a fragilização do Iigante em temperaturasintermediárias.

O processo descrito no documento WO 2004/016565 descreve aadição de 0,3% de uma zeólita, com 20% de água de cristalinização, nacomposição de misturas asfálticas. Esta pequena quantidade de água éposteriormente liberada, devido ao aumento de temperatura, levando aoespumamento controlado do asfalto, e assim reduzindo a sua viscosidade.

Já o documento US 7,114,843 trata de um método para o preparode uma mistura asfáltica compreendendo agregados com tamanho departícula entre 4 mm e 20 mm, um ligante asfáltico, um aditivo(surfactante) e areia com um teor de umidade variando de 2% a 5%. Nestecaso, o aditivo é utilizado para se promover o recobrimento e adesão dosagregados, além de possibilitar o aumento da duração do efeito espuma,levando a um aumento da trabalhabilidade.Outra alternativa, é descrita na patente EP 1,767,581, onde misturasasfálticas são produzidas contendo de 0,5% a 1,0% de filer hidrofílico, deforma a manter e controlar o efeito latente da umidade de espumamento.

Ainda, conforme a patente US 6,846,354, é possível a produção demisturas asfálticas mornas pela mistura de dois tipos de asfalto, um demaior rigidez e outro mole, durante a usinagem. Inicialmente, osagregados são aquecidos a 130°C e misturados ao Iigante mole, querepresenta em torno de 20% a 30% do total de ligante. Em uma etapaposterior, o ligante de maior rigidez é aquecido a 180°C, sofrendo a adiçãode água fria em um percentual de 2% a 5% de sua massa, o que vem aprovocar o espumamento deste ligante.

Recentemente, o pedido de patente WO 2007/112335, reivindicou aadição de uma emulsão asfáltica água em óleo a agregados previamenteaquecidos, resultando em misturas com temperaturas de 85°C a 115°C. Aemulsão utilizada faz parte de um pacote químico projetado com o objetivode melhorar o recobrimento dos agregados, a adesão e a trabalhabilidadeda mistura asfáltica assim produzida.

Embora avanços tenham sido efetuados no sentido de se produzirmisturas asfálticas mornas, ainda há a necessidade de produção demisturas asfálticas mornas sem a presença de aditivos, já que esteselevam os custos de produção das misturas asfálticas, além de, em algunscasos, poderem ser prejudiciais ao comportamento do material, como nocaso em que são utilizadas parafinas inadequadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um método de preparo de misturasasfálticas mornas, com redução da temperatura de usinagem,espalhamento e compactação em 30°C a 40°C quando comparadas àstemperaturas empregadas na produção de misturas asfálticas usinadas aquente (150°C a 190°C), pela adição de uma pequena porção deagregados miúdos, saturados em água, previamente ao preparo damistura.

O preparo de misturas asfálticas mornas, como descrito na presenteinvenção, possibilita:

- redução, em 30%, do consumo de combustível utilizado para ageração de calor (energia), empregado no aquecimento deagregados e ligantes;

- menor custo de energia;

- redução de emissão de fumos e gases poluentes, tais como odióxido de carbono, em 30% a 70%;

- maior flexibilidade de transporte, pavimentação e compactação;

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIGURA 1 anexa ilustra a variação do consumo de combustívelpara o preparo de misturas asfálticas mornas de acordo com a presenteinvenção (B) e o consumo de combustível para o preparo de misturasasfálticas convencionais usinadas a quente (A).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um método de preparo de misturasasfálticas mornas, com redução da temperatura de usinagem,espalhamento e compactação em 30°C a 40°C, quando comparadas àstemperaturas empregadas na produção de misturas asfálticas usinadas aquente (150°C a 190°C).

As misturas asfálticas preparadas de acordo com o método dapresente invenção compreendem agregados graúdos e miúdos, e umligante asfáltico.

Os agregados graúdos e miúdos utilizados possuem graduaçõescontínua, descontínua ou aberta, bem graduadas, ou seja, co-existemagregados de diversas dimensões, desde o diâmetro máximo dosagregados na mistura, geralmente variando de 9,5 mm a 37,5 mm, aosagregados miúdos, de tamanho de partícula que podem ser menores doque 0,075 mm.Os ligantes asfálticos empregados na mistura da presente invençãopodem ser convencionais (CAP) ou modificados, tais como os modificadospor polímeros, borracha ou aditivos químicos como o ácido polifosfórico.

O método de preparo de misturas asfálticas da presente invençãopromove a redução da viscosidade do Iigante asfáltico, de modo aalcançar a completa cobertura dos agregados a baixas temperaturas, ditométodo incluindo as seguintes etapas:

a- prover agregados graúdos e miúdos, com tamanho de partículavariando de 37,5 mm até partículas menores do que 0,075 mm.

b- prover um Iigante asfáltico.

c- prover agregados miúdos adicionais com tamanho de partículainferior a 2,36 mm e teor de umidade superior a 10% em massa,

d- misturar os agregados graúdos e miúdos, ligante asfáltico eagregados miúdos adicionais, de forma que a mistura final obtidacontenha de 92% a 97% em massa de agregados graúdos emiúdos, de 3% a 8% em massa de Iigante asfáltico e de 0,5% a 1 %em massa de agregados miúdos adicionais.

Os agregados graúdos e miúdos são aquecidos antes da etapa demistura, a temperaturas na faixa de 1100C a 140°C, de forma a promoversua secagem, e assim minimizar os efeitos deletérios da presença de águana mistura asfáltica produzida. Já o Iigante asfáltico, é previamenteaquecido a temperaturas na faixa de 160°C a 175°C. Os agregadosmiúdos adicionais não necessitam de aquecimento prévio, sendo mantidosà temperatura ambiente, entre 20°C e 30°C, sendo adicionados nomomento da adição do Iigante asfáltico. Desta forma, a mistura final obtidaatinge temperaturas em torno de 1100C a 140°C, o que facilita o seutransporte e a pavimentação de rodovias e estradas.

A adição de agregados ao Iigante asfáltico, a uma faixa detemperatura inferior a usualmente utilizada (160°C a 175°C), é possíveldevido à adição concomitante desta pequena porção de agregados miúdosadicionais à mistura. A água contida nesta pequena fração de agregados éaquecida durante a mistura e transforma-se em vapor, gerando o efeito deespumamento no asfalto, o qual reduz a sua viscosidade, facilitando orecobrimento dos agregados e a posterior compactação da mistura, emtemperaturas reduzidas, em torno de 11O0C a 120°C.

Nos métodos de preparo de misturas asfálticas mornas conhecidosaté o presente momento, devido ao fato da adesão entre Iigante asfáltico eagregado ser reduzida na presença de água (stripping), geralmenteempregam-se aditivos com o objetivo de se reduzir a tensão superficialentre agregado e Iigante asfáltico e desta forma facilitar o contato entre osmesmos e conseqüentemente sua adesão.

No método aqui descrito, por sua vez, não há a necessidade de usode aditivos, já que toda a água presente nos agregados miúdos adicionaisé vaporizada na etapa de usinagem, além de estar presente apenas emuma pequena fração dos agregados, promovendo desta forma, umprocesso eficiente de mistura.

A concentração, em massa, de Iigante asfáltico em tais misturasdeve variar de 3% a 8%, dependendo da forma dos agregados, seu pesoespecífico, da viscosidade e do tipo de ligante.

A concentração de ligante asfáltico não pode ser demasiadamenteelevada, devido à necessidade da presença de volumes vazios ocupadospor ar, propriedade esta de extrema importância na elaboração demisturas asfálticas. Sabe-se, por exemplo, que misturas com elevadospercentuais de volumes vazios tendem a provocar a oxidação excessivado ligante betuminoso, reduzindo sua vida útil, além de proporcionarpermeabilidade ao ar e a água. Por outro lado, misturas com baixopercentual de volumes vazios levam ao fenômeno da exsudação do liganteasfáltico.

As misturas asfálticas mornas produzidas de acordo com o métodoaqui descrito, aplicadas e compactadas adequadamente, apresentamporcentagem de vazios adequada para o correto desempenho do material,o que, conforme ilustra a Tabela Il do exemplo 1, lhes conferetrabalhabilidade igual ou superior a das misturas produzidas segundo osmétodos convencionais, sem que haja perda da resistência mecânica.

O referido método pode ser empregado em usinas gravimétricasconvencionais, sem haver a necessidade de modificação na estrutura detais usinas, já que a saturação do agregado miúdo adicional é efetuadaatravés de imersão, por um período mínimo de 12 horas, em baias, naprópria usina de asfalto, ou em recipientes de 50 litros ou mais.

Os Exemplos que seguem apresentam em maior detalhe osresultados obtidos com a aplicação da presente invenção, os quaispossuem caráter meramente ilustrativo, e não devem ser interpretadoscomo Iimitativos do escopo da invenção.

EXEMPLO 1

Misturas asfálticas preparadas de acordo com o processo dapresente invenção (A-SAT- mistura 5), misturas asfálticas tendo comoaditivos zeólitas (mistura 6), e misturas asfálticas sem aditivos (referência- mistura 1) preparadas a diferentes temperaturas, foram testadas napavimentação de 5000 m2 de pistas na Cidade Universitária do Rio deJaneiro.

Na tabela I estão relacionadas às características das misturasasfálticas testadas.

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A mistura asfáltica aplicada na pista 1 é a mistura de referência,aplicada na temperatura usual. As misturas asfálticas aplicadas nas pistas4, 5 e 6 são misturas asfálticas mornas.

Durante o processo de usinagem foram monitoradas as temperatu-ras do ligante, dos agregados e da mistura. Também foram monitorados oconsumo de combustível, o teor de ligante e a granulometria dosagregados.

Nas pistas, o espalhamento da massa asfáltica também foicontrolado, através da medição de temperatura, entre outros fatores.

Imediatamente após a construção das pistas, foi feito levantamentovisual da superfície do pavimento e foram extraídos corpos-de-prova comsonda rotativa, para a realização de ensaios físicos e mecânicos.

Na tabela Il apresentam-se os resultados obtidos, tais como aspropriedades volumétricas e mecânicas das pistas experimentais.

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Observando-se a Tabela II, percebe-se que a mistura morna semaditivo ficou com a porcentagem de vazios superior ao da mistura dereferência, indicando sua baixa trabalhabilidade. Além disso, a suaresistência à tração foi cerca de 20% inferior a referência, da mesma formaque a sua rigidez.

Já as misturas com A-SAT, objeto desta invenção, e com zeólitasapresentaram resistência mecânica similar a mistura de referência,mostrando a eficiência destes processos de misturas mornas. Entretanto,o A-SAT foi o processo que melhor deu trabalhabilidade à mistura, umavez que a porcentagem de vazios ficou menor do que a da mistura dereferência, enquanto que as zeólitas apenas a igualaram (praticamente).

Claims (7)

1. MÉTODO PARA PREPARO DE MISTURAS ASFÁLTICAS MORNAS,caracterizado por compreender as seguintes etapas:a- prover agregados, com tamanho de partícula variando de 37,5mm até partículas menores de 0,075 mm;b- prover um Iigante asfáltico;c- prover agregados miúdos adicionais, com tamanho de partículainferior a 2,36 mm e teor de umidade superior a 10% em massa;d- misturar os agregados, Iigante asfáltico e agregados miúdosadicionais, de forma que a mistura final obtida contenha de 92%a 97% em massa de agregados, 3% a 8 % em massa de Iiganteasfáltico e de 0,5% a 1% em massa de agregados miúdosadicionais.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por atemperatura dos agregados antes da etapa de mistura estar na faixa de 110°Ca 140°C.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por atemperatura do Iigante asfáltico antes da etapa de mistura estar na faixade 160°C a 175°C.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por atemperatura dos agregados miúdos adicionais antes da etapa de misturaestar na faixa de 20°C a 30°C.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por atemperatura final da mistura asfáltica obtida estar na faixa de 110°C a 140°C.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o Iiganteasfáltico ser escolhido dentre o grupo constituído de: cimentos asfálticosde petróleo convencionais (CAP), asfaltos modificados por polímeros, porborracha ou por aditivos químicos tais como ácido polifosfórico.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as misturasasfálticas assim produzidas serem empregadas na pavimentação deestradas e rodovias a temperaturas na faixa de 1100C a 120°C.