BRPI0905123B1 - Composição de reforço de asfalto e método de reforço da referida composição - Google Patents

Abstract

COMPOSIÇÃO DE REFORÇO E MÉTODO DESTA. A presente invenção relaciona-se geralmente a uma Composição de reforço, e a um Método, de reforçar uma composição de concreto de cimento asfáltico. A Composição de reforço, inclui um núcleo e um invólucro externo. O núcleo inclui uma pluralidade de fibras, e o invólucro externo inclui uma poliolefina selecionada a partir do grupo consistindo de polietileno, polipropileno e misturas destes.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se a uma composição de reforço e a um método de reforçar uma composição de concreto de cimento asfáltico.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Sabe-se que a adição de um componente de reforço a materiais de construção, tal como concreto, incluindo concreto de cimento asfáltico e concreto de cimento Portland e etc., pode adicionar resistência, dureza e durabilidade para melhorar a integridade das propriedades do material. Há uma variedade de aditivos de fibra de reforço conhecida na técnica que pode melhorar algumas destas características dos materiais de construção de concreto. Materiais de reforço típicos que são adicionados ao concreto incluem, por exemplo, várias medidas de malha metálica e fibras de reforço, tais como fibras de asbesto, fibras de vidro, fibras de aço, fibras minerais, fibras naturais, fibras sintéticas (tais como fibras poliméricas e de aramida), e fibras de celulose. Um exemplo não limitante de fibras de reforço adequadas inclui fibras basálticas. Algumas fibras de reforço são mais bem adequados para aplicações particulares que outras. Por exemplo, as fibras de asbestos são conhecidas por fornecerem reforço efetivo mas, devido a preocupações ambientais e com a saúde, estas fibras não são extensivamente usadas. Além disso, algumas fibras são relativamente caras.

Alguns avanços foram feitos na área de reforço com fibras para fornecer dureza e durabilidade aumentadas, e reduzir a fissuração na matriz dos materiais de construção de concreto. Entretanto, as fibras de reforço conhecidas possuem várias desvantagens, tais como, por exemplo, sua dificuldade na manipulação de fibras soltas e no controle de sua introdução dentro do concreto. É desejado melhorar a facilidade de manipulação das fibras e a misturação das mesmas de forma fácil e distribuição homogênea em um concreto de cimento.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um aspecto da presente invenção, é fornecida uma composição de reforço. A composição inclui um núcleo e um invólucro externo; o núcleo incluindo uma pluralidade de fibras e o invólucro externo compreendendo uma poliolefina selecionada a partir do grupo consistindo de polietileno, polipropileno e misturas destes, onde o núcleo está contido dentro do invólucro externo.

A pluralidade de fibras pode ser selecionada a partir do grupo consistindo de fibras sintéticas, fibras naturais e misturas destas. Também, as fibras sintéticas podem ser selecionadas a partir do grupo consistindo de fibras poliméricas, fibras de aramida e misturas destas. As fibras poliméricas podem ser selecionadas a partir de grupo consistindo de fibras de poliolefina, fibras de poliamida, fibras de cloreto de polivinila e misturas destas. As fibras de poliolefina podem ser selecionadas a partir do grupo consistindo de fibras de polipropileno, fibras de polietileno e misturas destas. A pluralidade de fibras, sozinhas ou juntas, pode ser configurada em um número pré- determinado de torções. O invólucro externo pode também compreender amina.

Além disso, o invólucro externo pode compreender uma pluralidade de fibras.

A pluralidade de fibras pode ser selecionada a partir do grupo consistindo de fibras que são fundíveis em um material asfáltico, fibras que não são fundíveis em um material asfáltico e misturas destes.

O invólucro externo pode ser dispersível, e também, pode ser dispersível como um resultado de fusão sob condições aquecidas.

Um outro aspecto da presente invenção, fornece um método de reforço de uma composição de asfalto incluindo fornecer um invólucro possuindo um núcleo condito nele; o núcleo compreendendo uma pluralidade de fibras, e o invólucro compreendendo uma poliolefina selecionada a partir do grupo consistindo de polietileno, polipropileno e misturas destes; introduzir o invólucro, agregado e ligante dentro de uma câmara contendo asfalto; e formar um material asfáltico.

A pluralidade de fibras pode ser selecionada a partir do grupo consistindo de fibras sintéticas, fibras naturais e misturas destes. Também, as fibras sintéticas podem ser selecionadas a partir do grupo consistindo de fibras poliméricas, fibras de aramida e misturas destas.

O invólucro pode também compreender uma pluralidade de fibras.

A pluralidade de fibras pode estar presente em uma quantidade de cerca de 0,0001% a cerca de 10,0% em volume por tonelada de material asfáltico.

O invólucro pode ser dispersado quando uma temperatura de transição do invólucro externo é alcançada ou excedida em uma câmara contendo asfalto. O invólucro externo disperso pode reduzir a fragilidade da pluralidade de fibras na câmara contendo asfalto.

A câmara contendo asfalto pode ser selecionada a partir do grupo consistindo de uma máquina de misturação de asfalto e máquinas associadas localizadas acima e abaixo da linha da máquina de misturação de asfalto.

Em uma modalidade do método da presente invenção, mais um invólucro pode ser introduzido dentro da câmara contendo asfalto.

A câmara contendo asfalto pode ser um componente de um processo selecionado a partir do grupo consistindo de um processo descontínuo e um processo contínuo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção relaciona-se a uma composição de reforço para incorporação em uma composição de concreto de cimento asfáltico. A presença da composição de reforço pode resultar em pelo menos uma mudança na resistência, durabilidade, dureza, integridade e outras propriedades do material do asfalto.

Conforme aqui usado e nas reivindicações, o termo "asfalto" significa concreto de cimento asfáltico. Dois tipos de cimento são o cimento Portland e o cimento asfáltico. O termo "concreto de cimento asfáltico" refere- se ao uso de cimento asfáltico. O termo "cimento" refere-se ao ligante que une o concreto. Conforme aqui usado, o cimento também pode ser referido como "ligante" ou "alfasto líquido". O termo "concreto" refere-se a uma classificação de agregado fino e grosso, tal como, mas não limitado a areia e pedra.

A composição de reforço da presente invenção inclui um núcleo e um invólucro externo. O núcleo é abrangido por e contido dentro do invólucro externo. Os conteúdos do núcleo incluem uma pluralidade de fibras. As fibras adequadas para uso no núcleo podem incluir uma ampla variedade de fibras conhecidas na técnica para reforçar os materiais de construção, tal como asfalto. As fibras podem ser sintéticas ou naturais. Fibras naturais podem incluir fibras derivadas de madeira e misturas destas. Fibras sintéticas podem incluir, mas não estão limitadas a fibras poliméricas, fibras de aramida e misturas destas. As fibras de polímero podem incluir, mas não estão limitadas a fibras de poliolefina, tal como polipropileno e polietileno, fibras de poliamida, fibras de cloreto de polivinila e misturas destes. Em uma modalidade da presente invenção, a pliralidade de fibras no núcleo inclui fibras de aramida e uma combinação de fibras de poliolefina. Em uma outra modalidade da presente invenção, as fibras de aramida estão presentes em uma quantidade de 0 a cerca de 100% em volume das fibras totais. Em ainda uma outra modalidade da presente invenção, as fibras de poliolefina estão presentes em uma quantidade de mais de 0 a 100% em volume das fibras totais. As fibras podem incluir uma mistura de fibras que se fundem no material asfáltico e fibras que não se fundem no material asfáltico.

Fibras adequadas para uso na presente invenção podem estar em uma ampla variedade de formas e tamanhos. Em geral, as fibras soltas são difíceis de manipular, e portanto, é desejável configurar e controlar as fibras, tal como melhorar a facilidade de manipulação, por exemplo, para adicionar as fibras ao processo de misturação de asfalto. Também, é desjável para a fibras serem facilmente e uniformemente dispersas no material asfáltico dentro da máquina de misturação de asfalto ou maquinário associado. Além disso, é desejável limitar ou reduzir a fragilidade das fibras. Por exemplo, as fibras de aramida são conhecidas na técnica por serem frágeis e podem gerar pó, o que pode resultar em obstrução dos filtros na máquina de misturação de asfalto e maquinário relacionado.

As fibras, por exemplo, podem ser planas, tal como na forma de uma folha, ou cilíndricas, tal como na forma de um tubo ou cordão. Os tubos ou cordões podem ser empacotados juntos em uma embalagem circunferencial e cortados em um comprimento pré-determinado usando-se técnicas convencionais e métodos conhecidos para corte de fibras. O comprimento das fibras pode variar amplamente, e o comprimento pode ser tal que as fibras sejam dispersíveis em um material asfáltico. Em modalidades não limitantes, as fibras podem ser cortadas em um comprimento dentro de uma faixa de 19 a 60 mm.

As fibras, individualmente ou juntas em várias combinações e proporções, podem ser fibriladas (isto é, puxadas para formar uma estrutura semelhante à rede) ou não fibriladas. As fibras podem ser configuradas em um número pré-determinado de torções e giros. Por exemplo, as fibras adequadas para uso na presente invenção podem incluir um componente de fibra, conforme divulgado na Patente U. S. de número 7.168.232 ("a patente '232"). O componente da fibra é um maço torcido compreendido de múltiplos filamentos de um monofilamento não fibrilado possuindo um grau de torções maior que cerca de 0,3 5 giros por centímetro. A patente '232 também divulga o componente de fibra torcido com um outro componente de fibra, separado do componente de fibra torcido, que é fibrilado. Na Patente U. S. de número 4.346.135, um meio de reforço fibroso, incluindo pelo menos dois vários grupos de artigos fibrosos, é divulgado. Pelo menos um dos grupos consiste de artigos fibrosos na forma de uma rede filamentar fechada. Na Patente U. S. de número 6.753.081, uma combinação de fibra sintética é divulgada. A combinação de fibra sintética inclui um primeiro componente de fibra formado de uma fibra de polipropileno homopolimérica, e um segundo componente de fibra é um copolímero formado de um polipropileno e um polietileno de alta densidade. O primeiro componente de fibra é fibrilado, e o segundo componente de fibra é um maço torcido de múltiplos filamentos de um monofilamento não fibrilado. As divulgações das Patentes U. S. de números 7.168.232, 6.753.081 e 4.346.135 estão aqui incorporadas por referência.

O invólucro de fibras pode ser adicionado ao material asfáltico em uma variedade de quantidades. A quantidade pode depender de vários fatores, tal como, mas não limitado às fibras particulares selecionadas e ao processo usado para produzir o material asfáltico (por exemplo, descontínuo ou contínuo). A quantidade de invólucros pode ser referida como uma dosagem. Uma ou mais dosagens pode(m) ser adicionada(s) ao material asfáltico. Por exemplo, em uma modalidade da presente invenção, uma dosagem pode ser adicionada por tonelada de material asfáltico, e em uma outra modalidade da presente invenção, uma pluralidade de dosagens pode ser adicionada por tonelada de material asfáltico. Em modalidades alternativas, a pluralidade de dosagens pode ser combinada ou unida e adicionada ao material asfáltico. Por exemplo, as dosagens podem ser coladas juntas.

A composição do núcleo pode incluir vários materiais além da pluralidade de fibras. Os materiais podem estar em várias formas, tal como, mas não limitado a pelotas ou pó. Os materiais podem incluir, mas não estão limitados a, compostos químicos que são tipicamente usados na preparação de asfalto e/ou são conhecidos por forneceram vantagens ao processo e/ou propriedades benéficas no material asfáltico resultante. Por exemplo, amina pode ser incluída no núcleo. A amina pode estar na forma de pelotas ou pó.

O invólucro externo da composição de reforço de asfalto da presente invenção abrange e contém ou inclui o núcleo. O invólucro externo é construído de um material incluindo, mas não limitado a poliolefina. A poliolefina pode ser selecionada a partir de uma ampla variedade de poliofefinas conhecidas na técnica. Exemplos não limitantes de poliolefinas adequadas podem incluir, mas não estão limitados a polietileno, polipropileno e misturas destes. A composição do invólucro externo pode também incluir outros aditivos, tais como aqueles tipicamente usados na preparação de um material asfáltico e/ou aqueles conhecidos por produzirem vantagens ao processo e/ou propriedades benéficas no material asfáltico resultante. Sem objetiva estar preso por qualquer teoria, acredita-se que, sob dispersão do invólucro externo, os materiais dos quais o invólucro externo é construído será disperso no material asfáltico, e portanto, quaisquer aditivos que são tipicamente incluídos no material asfáltico podem ser incluídos na composição do invólucro externo. Em uma modalidade da presente invenção, o invólucro externo inclui amina. A amina pode ser selecionada a partir de uma ampla variedade de aminas conhecidas na técnica. Em uma outra modalidade da presente invenção, o invólucro externo pode incluir fibras. Fibras adequadas para uso no invólucro externo podem ser selecionadas a partir daquelas previamente divulgadas aqui. As fibras no invólucro externo podem ser iguais ou diferentes daquelas fibras no núcleo.

A composição de reforço de asfalto da presente invenção é introduzida no material asfáltico antes da colocação em campo. A composição de reforço pode ser introduzida no material asfáltico durante várias etapas no processo de produção. Por exemplo, a composição de reforço pode ser adicionada em uma máquina de misturação de asfalto ou maquinário associado, ou em um alimentador, ou em um veículo de transporte, ou após descarga a partir de uma máquina de misturação ou maquinário associado, ou o alimentador ou veículo de transporte. A composição de reforço pode ser adicionada em várias etapas no processo fornecido que há suficiente misturação que ocorre em várias etapas no processo antes da colocação em campo para incorporar a composição de reforço dentro do material asfáltico.

Além da composição de reforço de alfalto, os compostos usados na produção de material asfáltico incluem, mas não estão limitados a agregado e ligante, tal como asfalto líquido. Outros aditivos podem também ser adicionados ao material asfáltico (por exemplo, na máquina de misturação de asfalto), tal como, por exemplo, pó de cal. O processo de produção de um material asfáltico pode incluir um processo descontínuo ou contínuo. Conforme descrito acima, a composição de reforço de asfalto pode ser adicionada ao material de asfalto durante o processo de fabricação antes da colocação em campo. Por exemplo, em uma modalidade do processo descontínuo, a composição de reforço de asfalto pode ser adicionada à câmara de misturação, possuindo lâminas de misturação, da máquina de misturação de asfalto antes de introduzir o agregado e o asfalto líquido. Por exemplo, em uma modalidade do processo contínuo, onde um misturador de tambor é usado, a composição de reforço de asfalto pode ser adicionada ao processo em qualquer momento antes da introdução de asfalto líquido. A produção de um material de asfalto consiste em um processo térmico, e portanto, inclui aquecer os ingredientes, tal como na câmara da máquina de misturação do asfalto. A temperatura no material de asfalto pode variar e pode incluir aquelas temperaturas tipicamente usadas nas instalações de produção de asfalto operadas comercialmente. Em uma modalidade da presente invenção, a temperatura pode estar dentro de uma faixa de cerca de 100°C a 190,6°C, ou maior que 371,11°C.

O invólucro externo da composição de reforço de asfalto é dispersível no material de asfalto. Em modalidades alternativas do processo da presente invenção, a composição de reforço pode ser dispersa no material de asfalto na máquina de misturação de asfalto, ou no maquinário associado localizado ou acima ou abaixo da linha da máquina de misturação. Em uma modalidade da presente invenção, o invólucro externo se dispersa como um resultado de fusão. A temperatura de transição do invólucro externo, isto é, a temperatura na qual o invólucro externo se funde ou se dissolve, tal como seu ponto de fusão, pode depender na composição do invólucro externo, por exemplo, os materiais a partir dos quais o invólucro externo é feito. À medida que a temperatura de transição é alcançada ou excedida no asfalto ou na câmara contendo o asfalto, tal como a máquina de misturação de asfalto, o invólucro externo se funde e é dispersado dentro do material de asfalto. A temperatura de transição pode ser alcançada ou excedida, a o invólucro externo pode se fundir e ser dispersado antes, durante ou após a misturação do material de asfalto. Também, sob dispersão do invólucro externo, as fibras contidas dentro do núcleo são liberadas e misturadas no material asfáltico. As fibras podem ter uma temperatura de transição de forma que elas possam ou não possam ser passíveis de fusão dentro do material de asfalto. A composição de reforço de asfalto pode ser adicionada ao material de asfalto em quantidades variadas. Tipicamente, a quantidade adicionada é tal que as propriedades desejadas do material de asfalto são alcançadas. A quantidade da composição de reforço usada pode depender da composição do núcleo, a composição do invólucro externo e/ou as várias condições de processamento empregadas. Em uma modalidade da presente invenção, as fibras podem ser adicionadas ao material asfáltico em uma quantidade que as fibras fornecidas a partir do núcleo, ou o invólucro externo, ou uma combinação destes, é maior que zero. Em uma outra modalidade, as fibras do núcleo, invólucro externo, ou combinação destes, podem ser pelo menos 10% ou mais em volume por tonelada de material asfáltico. Em ainda uma outra modalidade da presente invenção, as fibras do núcleo, invólucro externo ou combinação destes podem estar em uma faixa de cerca de 0,0001% a cerca de 5% em volume por tonelada do material asfáltico.

Sem objetivar estar preso por qualquer teoria, acredita-se que a introdução das fibras dentro do material asfáltico de acordo com a composição de reforço de asfalto da presente invenção (isto é, o invólucro externo e a configuração do núcleo) irá resultar em menos emaranhamento e menos acúmulo de fibras em comparação às fibras que estão sendo introduzidas livremente no asfalto ou câmara contendo o asfalto (por exemplo, máquina de misturação de asfalto). Também, acredita-se que desde que haja menos emaranhamento e menos acúmulo de fibras, será necessário adicionar uma menor quantidade de fibras ao material de asfalto quando se emprega a composição de reforço de asfalto da presente invenção em vez de se adicionar livremente as fibras.

Também, sem objetivar estar preso por qualquer teoria, acredita-se que a fusão do invólucro externo e/ou núcleo possa limitar ou reduzir a fragilidade das fibras, tal como, por exemplo, fibras de aramida, e pode melhorar a capacidade de dispersão aleatória de fibras não fundidas usadas na composição de reforço de asfalto.

Por meio de exemplo, a composição de reforço de asfalto da presente invenção pode ser incorporada na produção de vários materiais de construção de asfalto e produtos usados para edificação ou construção, tal como, por exemplo, pavimentações estruturais, pistas de aeroportos e revestimentos de convés, pisos e produtos de asfalto pré-moldados. A composição de reforço de asfalto da presente invenção pode também ser usada para reparo, reabilitação, aperfeiçoamento e renovação de produtos ou estruturas existentes, tais como, por exemplo, em revestimentos, e reparos de pavimentação de aeroporto, convés, áreas de estacionamento, rodovias e similares, incluindo remendos e preenchimento de buracos.

Além do reforço, a incorporação da composição de reforço de asfalto da presente invenção em, por exemplo, material de asfalto moldado, modifica o mecanismo de fissuração e reduz a propagação de microfissuração causada por encolhimento. Acredita-se que em relação ao asfalto não reforçado, as fissurações resultantes do concreto reforçado com fibra da presente invenção são menores em largura, a permeabilidade do material é reduzida e a tensão de fissuração final é melhorada. Além disso, as fibras empregadas na presente invenção são capazes de transportar uma carga através da fissura. Como um resultado, o material asfáltico pode ter pelo menos uma mudança em suas propriedades de material, tal como dureza, capacidade de transporte de carga residual após a primeira fissura, e resistência ao impacto. Além disso, acredita-se que as fibras usadas na presente invenção produzam um material de asfalto possuindo resistência melhorada em comparação ao asfalto não reforçado, tal que o material de asfalto da presente invenção possa ser adequado para localizações onde o asfalto irá experimentar tanto altas quanto baixas temperaturas e áreas sujeitas a cargas pesadas (por exemplo, áreas de alto tráfego) e altas concentrações de tráfego de caminhões assim como muitos outros usos.

Embora tenham sido descritas em detalhes modalidades específicas da invenção, será avaliado por aqueles habilitados na técnica que várias modificações e alternativas àqueles detalhes poderão ser desenvolvidas à luz dos ensinamentos gerais da divulgação. Consequentemente, as disposições particulares divulgadas são objetivadas para serem ilustrativas apenas e não limitantes do escopo da invenção ao qual deve ser fornecido 10 a extensão completa das reivindicações em anexo e qualquer e todos os equivalentes destas.

Claims (16)

1. Composição de reforço de asfalto, compreendendo um núcleo e um invólucro externo, o núcleo compreendendo uma pluralidade de fibras e o invólucro externo compreendendo uma poliolefina selecionada a partir do grupo consistindo em polietileno, polipropileno e misturas destes, em que o núcleo é abrangido por e está contido dentro do invólucro externo, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de fibras, sozinhas ou juntas, pode ser configurada em um número pré- determinado de torções.

2. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de fibras é selecionada a partir do grupo consistindo em fibras sintéticas, fibras naturais e misturas destas.

3. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que as fibras sintéticas são selecionadas a partir do grupo consistindo em fibras poliméricas, fibras de aramida e misturas destas.

4. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que as fibras poliméricas são selecionadas a partir do grupo consistindo em fibras de poliolefina, fibras de poliamida, fibras de cloreto de polivinila e misturas destas.

5. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que as fibras de poliolefina são selecionadas a partir do grupo consistindo em fibras de polipropileno, fibras de polietileno e misturas destas.

6. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro externo compreende amina.

7. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro externo também compreende uma pluralidade de fibras.

8. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pluralidade de fibras é selecionada a partir do grupo consistindo em fibras que são fundíveis em um material asfáltico, fibras que não são fundíveis em um material asfáltico e misturas destas.

9. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro externo é dispersível.

10. Composição de reforço de asfalto, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o material de contenção externo é dispersível por fusão.

11. Método de reforço de uma composição de asfalto caracterizado por compreender: fornecer uma composição de reforço de asfalto compreendendo um núcleo e um invólucro externo, o núcleo compreendendo uma pluralidade de fibras, e o invólucro externo compreendendo uma poliolefina selecionada a partir do grupo consistindo em polietileno, polipropileno e misturas destes, em que o núcleo é abrangido por e contido dentro do invólucro externo; adição da composição de reforço de asfalto à câmara de misturação de uma máquina de misturação de asfalto antes de introduzir o agregado e o asfalto líquido; e aquecer os ingredientes na câmara da máquina de misturação de asfalto a uma temperatura que alcança ou exceda a temperatura de transição do invólucro externo e na qual o invólucro externo se funde e é dispersado no material de asfalto, durante a misturação do material de asfalto e as fibras contidas dentro do núcleo são liberadas e misturadas no material asfáltico.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de fibras é selecionada a partir do grupo consistindo em fibras poliméricas, fibras de aramidas e misturas destas.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo também compreende uma pluralidade de fibras.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de fibras está presente em uma quantidade de cerca de 0,0001% a cerca de 10,0% em volume por tonelada de material asfáltico.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o invólucro externo dispersado reduz a fragilidade da pluralidade de fibras na composição de reforço de asfalto.

16. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que mais de um invólucro é introduzido dentro da composição de asfalto.