1 aglomerantes cap (1)

TÉCNICA E MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Prof. DSc Stênio Cavalier Cabral

Aglomerantes

AGLOMERANTESAGLOMERANTESDefinição:

Elementos ativos na confecção de pastas, argamassas e concretos;

Apresentam-se geralmente sob a forma pulverulenta (dimensões inferiores a 0,075mm) e a maioria, quando misturada com água tem a capacidade de aglutinar e formar suspensões coloidais.

Materiais ligantes que servem para solidarizar os grãos de agregados imersos.

AGLOMERANTESAGLOMERANTESClassificação quanto ao tipo de endurecimento:

Ativos: aqueles que endurecem em virtude de uma reação química:

Inertes: aqueles que endurecem por simples secagem.

AGLOMERANTESAGLOMERANTES

Inorgânicos

Cal

Gesso

Cimento Portland

Outros cimentos

Orgânicos

Betumes (asfaltos)

Resinas

AGLOMERANTES INORGÂNICOSAGLOMERANTES INORGÂNICOS


Os aglomerantes Ativos são Classificação em:

Aéreos:

Hidráulicos:


Classificação:

Aéreos:

menos resistentes à ação prolongada da água;

Utilizáveis em ambiente seco.


Classificação:

Hidráulicos

mais resistentes à ação prolongada da água;

Utilizáveis em ambiente externo.


Classificação:

Aéreos Gesso Cal : hidratada e virgem

Hidráulicos Cimento Portland

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MATERIAIS BETUMINOSO: ASFALTO E BETUMES

AGLOMERANTES - AsfaltosAGLOMERANTES - Asfaltos

Asfaltos

• Asfalto é matéria hidrocarbonada de cor preta presentes em muitos petróleos crus.

• Os asfaltos são classificados nos tipos:• Cimentos asfálticos• Asfaltos liquidos• Emulsões Asfalticas

MATERIAIS ASFÁLTICOSE

SUAS APLICAÇÕES

Prof. Dr. Stênio Cavalier cabral

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O Petróleo• O petróleo é uma substância oleosa,

inflamável, menos densa que a água, com cheiro característico e de cor variando entre o negro e o castanho escuro.

• Análise Elementar de Óleo Cru Típico

Elemento Porcentagem em Peso Carbono 84 - 87

Hidrogênio 11 - 14 Enxofre 0,06 - 2,0

Nitrogênio 0,1 - 2,0 Oxigênio 0,1 - 2,0

Teorias sobre a Origem do Petróleo• A teoria estritamente mineral afirma que o petróleo se

formou a partir de carburetos (de alumínio, cálcio), que submetidos à hidrólise, deram origem à hidrocarbonetos. Estes sob pressão e por aquecimento, teriam se polimerizado e condensado, originando o petróleo.

• A teoria orgânica alega que a presença de compostos nitrogenados, clorofilados e hormônios no petróleo pressuporia a participação animal e vegetal na sua formação. Os pesquisadores modernos, em sua grande maioria, reconhecem apenas como válida esta teoria.

• O petróleo é encontrado nas bacias sedimentares, depressões na superfície da terra preenchidas por sedimentos que se transformaram, em milhões de anos, em rochas sedimentares. A acumulação de petróleo depende de alguns fatores:– rochas geradoras que contenham a matéria-prima (pasta

orgânica) que se transforma em petróleo – rochas-reservatório, que possuem espaços vazios,

chamados poros, capazes de armazenar o petróleo.

História do Petróleo • Não se sabe quando despertaram a atenção do homem, mas o fato é que o

petróleo, assim como o asfalto e o betume, eram conhecidos desde os primórdios da civilização.

• Os egípcios o usaram para embalsamar os mortos e na construção de pirâmides, enquanto gregos e romanos dele lançaram mão para fins bélicos.

• Só no século 18, porém, é que o petróleo começou a ser usado comercialmente, na indústria farmacêutica e na iluminação. Como medicamento, serviu de tônico cardíaco e remédio para cálculos renais, enquanto seu uso externo combatia dores, cãimbra e outras moléstias.

• A invenção dos motores á gasolina e a diesel, no século passado, fez com que outros derivados, até então desprezados, passassem a ter novas aplicações.

• Hoje, além de grande utilização dos seus derivados, com o advento da petroquímica, centenas de novos produtos foram surgindo, muitos deles diariamente utilizados, como os plásticos, borrachas sintéticas, tintas, corantes, adesivos, solventes, detergentes, explosivos, produtos farmacêuticos, cosméticos, etc. Com isso, o petróleo além de produzir combustível e energia, passou a ser imprescindível a utilidade e comodidades da vida de hoje.

Registros históricos

• Como material de assentamento de alvenarias, na Mesopotâmia;

• Como material impermeabilizante, na Arca de Noé (citação bíblica);

• Em serviços de mumificação, pelos egípcios.

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Aplicação nos últimos séculos

• Aplicações pioneiras em pavimentos com betumes de jazidas naturais: na França (1802), nos Estados Unidos (1838) e Inglaterra (1869);

• A partir de 1909, iniciou-se o emprego de betume derivado do petróleo;

• No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico.

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Descoberta de Petróleo do Brasil• Em 1930, setenta anos depois e

após vários poços perfurados sem sucesso em alguns estados brasileiros, o Engenheiro Agrônomo Manoel Inácio Bastos, realizando uma caçada nos arredores de Lobato, tomou conhecimento que os moradores usavam uma lama preta, oleosa para iluminar suas residências.

• A partir de então retornou ao local várias vezes para pesquisas e coletas de amostras, com as quais procurou interessar pessoas influentes, porém sem sucesso, sendo considerado como "maníaco".

• Em 29 de julho de 1938, já sob a jurisdição do recém-criado Conselho Nacional de Petróleo - CNP, foi iniciada a perfuração do poço DNPM-163, em Lobato, que viria a ser o descobridor de petróleo no Brasil, quando no dia 21 de janeiro de 1939, o petróleo apresentou-se ocupando parte da coluna de perfuração.

Datas Importantes• Em 1953, o presidente Getúlio Vargas criou a Petrobras e instituiu o

monopólio estatal no setor. • Em 1973, eclodiu a primeira crise do petróleo. Países árabes do

Oriente Médio, que asseguravam 60% da produção mundial do composto, entraram em conflito com Israel e decidiram cortar em um quarto o volume produzido.

• O preço do barril, que na primeira crise passara de dois para 12 dólares, passou a custar 40, e o Brasil, como diversos países no mundo, enfrentou grave recessão.

• Com a recuperação da economia, uma nova discussão surgiu a partir de 1994: o fim do monopólio.

• Em 1997, foi criada a Agência Nacional do Petróleo para regular o setor, e em 1999, começaram as licitações para exploração, desenvolvimento e produção.

Geologia

• O petróleo é encontrado nas bacias sedimentares, depressões na superfície da terra preenchidas por sedimentos que se transformaram, em milhões de anos, em rochas sedimentares.

• A existência de acumulações de petróleo depende das características e do arranjo de certos tipos de rochas sedimentares no subsolo.

• Basicamente, é preciso que existam rochas geradoras que contenham a matéria-prima que se transforma em petróleo e rochas-reservatório, ou seja, aquelas que possuem espaços vazios, chamados poros, capazes de armazenar o petróleo.

• A ausência de qualquer um desses elementos impossibilita a existência de uma acumulação petrolífera. Logo, a existência de uma bacia sedimentar não garante, por si só, a presença de jazidas de petróleo.

Geologia

Principais Produtos do Refino• Gás ácido - Produção de enxofre • Eteno - Petroquímica • Dióxido de carbo no - Fluido

refrigerante • Propanos especiais - Fluido

refrigerante • Propeno - Petroquímica • Butanos especiais - Propelentes • Gás liquefeito de petróleo –

Combustível doméstico • Gasolinas - Combustível automotivo • Naftas - Solventes • Naftas para petroquímica -

Petroquímica • Aguarrás mineral - Solventes • Solventes de borracha - Solventes • Hexano comercial - Petroquímica,

extração de óleos • Solventes diversos - Solventes • Benzeno - Petroquímica • Tolueno - Petroquímica, solventes • Xilenos - Petroquímica, solventes

• Querosene de iluminação - Iluminação e combustível doméstico

• Querosene de aviação - Combustível para aviões

• Óleo diesel - Combustível para ônibus, caminhões, etc.

• Lubrificantes básicos - Lubrificantes de máquinas e motores em geral

• Parafinas - Fabricação de velas, indústria de alimentos

• Óleos combustíveis - Combustíveis industriais

• Resíduo aromático - Produção de negro de fumo

• Extrato aromático - Óleo extensor de borracha e plastificante

• Óleos especiais - Usos variados • Asfaltos - Pavimentação • Coque - Indústria de produção de

alumínio • Enxofre - Produção de ácido sulfúrico • n-Parafinas - Produção de

detergentes biodegradáveis

Destilação• Produtos como a gasolina, óleo diesel,

asfalto e óleo combustível são recuperados a partir do óleo cru por destilação.

• Este é bombeado até as unidades de destilação e aquecido; uma porção se transforma em vapor.

• Esse processo de aquecimento separa os diversos componentes presentes no petróleo em grupos que tem similar ponto de ebulição.

• Quando o vapor se condensa, esses grupos são condensados separadamente, formando os destilados, que podem ser usados desta maneira ou processados para se obter um produto mais proveitoso ou de melhor qualidade.

• A porção de óleo cru que não se vaporiza na destilação, chamada de resíduo, pode ser usada como óleo combustível ou também ser processada, em produtos de maior demanda.

Esquema de Refino do Óleo Crú

Processamento dos Resíduos da Destilação• Cracking ou Craqueamento - O processo de craqueamento quebra as moléculas

de hidrocarbonetos pesados convertendo-as em gasolina e uma série de destilados com maior valor comercial. Os dois tipos principais de craqueamento são o térmico e o catalítico.

• Polimerização - é o oposto do craqueamento, isto é, moléculas de hidrocarbonetos mais leves que a gasolina são combinadas com moléculas semelhantes para produzir gasolina com alto teor de octano (hidrocarboneto com 8 carbonos), de elevado valor comercial.

• Alquilação - O processo converte moléculas pequenas em moléculas mais longas, como as que compõem a gasolina. Difere da polimerização, pois neste processo podem ser combinadas moléculas diferentes entre si.

• Dessulfurização - O óleo cru e derivados podem conter uma certa quantidade de compostos de enxofre, como gás sulfídrico, mercaptanas, sulfetos e dissulfetos. Diversos processos são usados para dessulfurizar esses produtos, dependendo do tipo de enxofre presente e da qualidade desejada para o produto final.

• Dessalinização Muitos processos são utilizados para remover sal e água do óleo cru.

Refinaria

Materiais AsfálticosLigantes Asfálticos

Materiais Betuminosos

• O Asfalto é um dos mais antigos e versáteis materiais de construção utilizadas pelo homem;

• O uso em pavimentação é um dos mais importantes e um dos mais antigos;

27

Materiais Asfálticos - definições

Materiais asfálticos são associações de hidrocarbonetos solúveis em bissulfeto de carbono. São materiais constituídos essencialmente de betume. São subdivididos em duas categorias:

Asfaltos: obtidos através da destilação do petróleo. Podem ser naturais ou provenientes de refinação do petróleo.

Alcatrões: são obtidos através da refinação do alcatrão bruto, que por sua vez são originados do carvão mineral ou vegetal, constituindo um subproduto da fabricação de gás e coque metalúrgico. Em desuso em pavimentação.

28

Lago de Asfalto NaturalTrinidad Tobago

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Materiais Betuminosos - definições

BETUME: mistura de hidrocarbonetos de elevado peso molecular, solúvel no bissulfeto de carbono, que compõe o asfalto e o alcatrão (NBR 7.200/ABNT).

ASFALTO: material cimentante, preto, sólido ou semi-sólido, que se liquefaz quando aquecido, composto de betume e alguns outros metais. Pode ser encontrado na natureza (CAN), mas em geral provém do refino do petróleo (CAP).

30

Outras definições e uso

• Piche: é obtido da destilação do alcatrão bruto, mas também pode ser obtido de asfaltos impróprios para refino;

Emprego do Piche: fabricação de tintas primárias de imprimação, impermeabilizantes ou anticorrosivas para madeira, ferro e taludes (erosão), mastiques, fixação de blokrets e lajotas de pavimentação.

31

Outras definições e uso

• Breu: sólido à temperatura do ambiente e de maior dureza que os outros betuminosos, é um produto obtido da refinação do piche, perdendo quase todo o betume;

• O emprego do piche e do breu não é hoje reconhecida pelas normas de pavimentação, nem de impermeabilização.

32

Aplicações dos Materiais Asfálticos

• Na construção civil, é largamente utilizado em serviços de impermeabilização, mas o seu maior uso ocorre em pavimentação rodoviária.

• Em pavimentos flexíveis ou pavimentos asfálticos, o material betuminoso é usado principalmente na construção de revestimentos asfálticos.

33

Razões para o uso do asfalto em pavimentação

• Proporciona forte ligação dos agregados e permite flexibilidade controlável;

• É impermeabilizante;• É durável e resistente à ação da maioria dos

ácidos, dos álcalis e dos sais;• Pode ser utilizado aquecido ou

emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos.

34

Revestimentos asfálticos

• Revestimentos asfálticos são uma associação de agregado mineral e material asfáltico, executados de várias maneiras e em várias espessuras.

• A associação pode ser feita de duas maneiras: - por mistura;- por penetração: macadames betuminosos e

tratamentos superficiais

35

A importância do asfalto

O asfalto é o material responsável pela ligação entre os agregados, capaz de resistir à ação desagregadora do tráfego e é o elemento impermeabilizante contra as infiltrações das águas superficiais.

O CAP representa de 25 a 40% do custo da construção do revestimento

36

Propriedades do asfalto

• Adesivo termoplástico:– passa do estado líquido ao sólido de maneira

reversível;– a colocação no pavimento se dá a altas

temperaturas; – através do resfriamento o CAP adquire as

propriedades de serviço comportamento visco-elástico.

• Impermeável à água.37


• Quimicamente pouco reativo:– garante boa durabilidade;– contato com o ar acarreta oxidação lenta, que pode

ser acelerada por temperaturas altas;– para limitar risco de envelhecimento precoce:

evitar temperatura excessiva de usinagem (máx. de 177ºC) e espalhamento e alto teor de vazios.

38


• Adesivo termoplástico:– comportamento visco-elástico.

• Comportamento visco-elástico relacionado à consistência e à suscetibilidade térmica:– tráfego rápido comportamento elástico– tráfego lento comportamento viscoso

39

Materiais asfálticos utilizados em pavimentação Cimento asfáltico de petróleo (CAP) Asfaltos diluídos de petróleo (ADP) Emulsões asfálticas (EA) Asfaltos modificados (por polímeros-AMP ou por

borracha-AMB, etc.) Agentes rejuvenescedores: AR e ARE (agente

rejuvenescedor emulsionado) Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial Asfalto-espuma*

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Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAPs)

• São produtos obtidos da refinação do petróleo.• São semi-sólidos a temperatura ambiente,

necessitando de aquecimento para adquirir consistência adequada para uso em pavimentação.

• Cimento asfáltico de petróleo (CAP) é classificado pela penetração desde 2005.

• Antes (1992 -2005) classificado pela viscosidade ou pela penetração.

41

Composição Química dos Asfaltos

• São constituídos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais – vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio)

• A composição química do CAP tem influência no desempenho físico e mecânico das misturas asfálticas

• A maior influência é nos processos de incorporação de polímeros

42


• ASTM D 4124-01, separa as frações em:

– Asfaltenos;– Nafteno-aromáticos– Saturados;– Polar-Aromáticos

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• Na Europa - Método SARA:

– S: Saturados– A: Aromáticos– R: Resinas– A: Asfaltenos

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Relação entre composição e propriedades físicas

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.

saturados ‑ têm influência negativa na suscetibilidade térmica. Em maior concentração, amolecem o produto.

asfaltenos ‑ contribuem para a melhoria da suscetibilidade térmica e aumento da viscosidade.

45

Asfaltenos• Os asfaltenos se caracterizam como um sólido de cor negra,

de peso específico maior que 1;• • Contêm grande quantidades de hidrocarbonetos aromáticos,

cujo tipo depende da origem do petróleo e do seu processo de refino;

• • Quanto maior o porcentual de asfaltenos, mais duro e viscoso

será o CAP;

• Geralmente, o teor de asfaltenos varia entre 5 e 25% do CAP.

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Resinas• São solúveis em éter de petróleo se apresentam

como líquidos de cor escura, viscosos, de composição complexa;

• De natureza polar e fortemente adesiva;

• As proporçoes de resina e asfaltenos governam o comportamento como solução (Sol) e como gelatina (Gel) do CAP.

47

Aromáticos

• São de baixa massa molar e em maior proporção no asfalto (de 40 a 65% do CAP), sendo o meio de dispersão e peptização

48

Saturados

• São óleos viscosos não-polares e transparentes, compondo de 5 a 20% dos asfaltos.

49

Estrutura proposta por YEN

O CAP é um sistema coloidal, constituído pela suspensão de micelas de asfaltenos, peptizadas por resinas em meio oleoso ou malteno (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.

50

Estrutura do asfalto - YEN

51

As propriedades físicas dos asfaltos dependem fundamentalmente:

a) Da concentração da fase dispersa (asfaltenos):

se os asfaltenos estiverem bem dispersos no meio oleoso (maltenos) tem-se um sistema chamado Sol asfalto muito suscetível à temperatura.

se começarem a se reunir, tem-se um sistema denominado Gel asfalto menos suscetível à temperatura (mais duro).

52

• Geralmente, o cimento asfáltico de petróleo é um Sol-Gel;

• Contem uma componente viscosa (fluído newtoniano) e uma componente elástica bom para pavimentação.

b) Do tamanho das partículas e da natureza dos asfaltos.

c) Da natureza do meio dispersante, óleos mais as resinas (maltenos).

As propriedades físicas dos asfaltos dependem fundamentalmente:

53

Representação do 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

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Produção de asfalto Destilação em apenas um estágio

PARA SISTEMA DE VÁCUO

GASÓLEO LEVE

PETRÓLEO GASÓLEO PESADOASFÁLTICO

FORNO

TORRE DE ASFALTO (C A P)VÁCUO

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Produção de asfalto no Brasil

• 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 nacional (atualmente: auto-suficiência na produção)

56

Produção de asfalto no Brasil

57

Classificação do CAP- Por penetração a 25ºC (até 1992) em algumas refinarias:

30/4550/6085/100150/200

•Por viscosidade a 60°C (até 2005):

CAP 7CAP 20 CAP 40

58Fonte: Liedi et al.,2008

Classificação do CAP (ANP, 2005)

Classificado por penetração a 25ºC, 100g, 5 s (em 0,1mm):

• 30/45• 50/70• 85/100• 150/200

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Especificação do CAP (ANP, 2005)

Características Unidade

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

Penetração (100g, 5s, 25, oC) 0,1mm 30 a 45 50 a 70 85 a 100 150 a 200 NBR 6576 D 5

Ponto de Amolecimento oC 52 46 43 37 NBR 6560 D 36

Viscosidade Saybolt-Furol

s NBR 14950 E 102a 135oC 192 141 110 80

a 150oC 90 50 43 36

a 177oC 40 a 150 30 a 150 15 a 60 15 a 60

Viscosidade Brookfield

cP NBR 15184 D 4402a 135oC, SP 21, 20rpm mín 374 274 214 155

a 150oC, SP 21, mín 203 112 97 81

a 177oC, 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. oC 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 oC, mín. cm 60 60 100 100 NBR 6293 D 11360

Tabela de Especificação do CAP (cont.)

Efeito calor e ar a 163 oC, 85 mín

D 2872Variação em massa, máx

% massa 0,5 0,5 0,5 0,5

Ductilidade a 25

oC cm 10 20 50 50 NBR 6293 D113

Aumento do Ponto de Amolecimento

oC 8 8 8 8 NBR 6560 D 36

Penetração Retida (*) % 60 55 55 50 NBR

6576 D 5

61

Onde: (toC)= Ponto de amolecimento.PEN = penetração, em 0,1 mm

Índice de Suscetibilidade Térmica ou Índice de Pfeiffer e Van Doormaal) – IP (avalia o tipo de asfalto produzido pela refinaria):

• IP entre -1,5 e 0,7 : asfalto adequado para pavimentação (asfalto tipo sol-gel).

• IP > 0,7: asfalto oxidado, suscetibilidade térmica é baixa, asfalto duro, impróprio para pavimentação (Gel).

• IP < -1,5: asfaltos muito suscetíveis à ação da temperatura, impróprio para pavimentação (Sol)

Índice Pfeiffer e Van Doomaal

PEN t CPEN t C

o

o

( )(log ) ( )( )( )(log ) ( )

500 20 1951120 50

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Temperaturas de aquecimento dos CAPs

Há uma relação entre a temperatura e os resultados de ensaios de viscosidade, que indica as melhores temperaturas para o aquecimento do CAP nos processos de mistura em usina e compactação.

63


• A temperatura de aplicação do CAP deve ser feita para cada tipo de ligante, em função da relação temperatura-viscosidade. (Pavimentação com Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ))

• Para mistura CBUQ: entre 75 a 95 segundos Saybolt-Furol (85±10 s);

• Para compactação do CBUQ: viscosidade Saybolt-Furol de 140 15 segundos, para CBUQ.

• A temperatura de aquecimento dos agregados é igual à temperatura do CAP+ 13 a 15ºC.

64


65

212

1

TTTTcomp

CTTagCAP

013

234

3,

TTTTCAPAQ

TAQ, CAP : temperatura de aquecimento do CAP Tcomp: temperatura de compactação da misturaTag: temperatura de aquecimento do agregado

Exemplo

TemperaturaºC

VISCOSIDADE SAYBOLT-FUROL (S)

CAP 20CAP 20 + 6%

BMPCAP 20 + 12%

BMP

135 184 368 532

150 82 205 269

177 45 78 12166BMP – Borracha Moída de Pneus

Gráfico Temperatura x Viscosidade

RELAÇÃO VISCOSIDADE x TEMPERATURA

150135

177

135150

177

150135

177

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Temperatura (ºc)

Visc

osid

ade

(s)

CAP 20CAP 20 + 6% BorrachaCAP 20 + 12% BorrachaLinear (CAP 20 + 6% Borracha)Linear (CAP 20 + 12% Borracha)Linear (CAP 20)

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Emprego do CAP

• Pré-misturados a quente;

• Areia-asfalto a quente;

• Concreto asfáltico;

• Misturas asfálticas especiais: SMA, CPA, Gap-Graduate, etc.

68

O Instituto Brasileiro de Petróleo-(IBP, 1.990) recomenda o uso dos CAPs nos seguintes tipos de serviços de pavimentação:

• a) CAP 150/200: tratamentos superficiais e macadames betuminosos;

• b) CAP-50/70 e 85/100: pré-misturado a quente, concreto asfáltico, areia-asfalto a quente e misturas especiais;

• c) CAP 30/45: pré-misturado a quente, concreto asfáltico, areia-asfalto a quente e misturas especiais

69

Recomendações gerais quanto ao uso

• Como o cimento asfáltico é um material termoplástico, a sua viscosidade diminui com o aumento da temperatura.

• A viscosidade mais conveniente que o cimento asfáltico deve ter depende de vários fatores, tais como:

• a) Tipo de serviço a ser aplicado.• b) Características (forma, textura, porosidade, etc.) e

graduação do agregado (se é aberta, ou semi-aberta, ou fechada).

• c) Condições climáticas da região onde se pretende aplicar o material.

70

Restrições ao emprego de acordo com o IBP (1.990)

• Os CAP não podem ser aquecidos acima de 177 ºC, sendo o ideal obtida pela relação temperatura-viscosidade.

• Não se aplica em dias de chuva, em temperatura ambiente inferior a 10ºC e em superfícies molhadas.

• Não devem ser usados os CAP 30/45 e CAP50/70 em tratamentos superficiais e macadames betuminosos para evitar superaquecimento (CAP 150/200)

71

Transporte e armazenamento

Transporte do CAP:• a granel : por caminhões e vagões ferroviários; • Tanto no transporte como no armazenamento, os

cimentos asfálticos exigem o aquecimento;• Aquecimento dos CAPs a granel, são usados um

dos seguintes processos: Serpentinas aquecidas com maçaricos; Serpentinas aquecidas com vapor d’água; Serpentinas onde circula óleo aquecido.

72

Caminhão tanque para transporte de Asfalto

73

Recomendações para o transporte e armazenamento do CAP

• Temperatura máxima de 150ºC de aquecimento nos tanques de armazenamento,

• Aquecimento a altas temperaturas, ou por tempo prolongado, altera a constituição do asfalto, modificando suas propriedades.

• O aquecimento nunca deve ser através de chama direta, mas aquecimento por meio de vapor-dágua, circulando em serpentinas no interior dos tanques.

• Nos casos de aquecimento por maçarico em caminhões transportadores, é conveniente providenciar a circulação do material, a fim de garantir uniformidade na distribuição do calor.

74

ENSAIOS CORRENTES

DE

CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO

75

Ensaios Correntes na Especificação BrasileiraNão simulam o comportamento dos asfaltos através de

ensaios a temperaturas similares às dos pavimentos em serviço.

• Penetração• Ponto de Amolecimento• Ponto de Fulgor• Viscosidade• Ductilidade• Densidade• Durabilidade• Solubilidade (Pureza)

76

Penetração

• Ensaio de classificação de cimentos asfálticos.• Medida de consistência.• Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s (NBR 6576).• Presente em especificações ASTM e EuropeiasProblema: Dois asfaltos de diferentes origens

podem ter a mesma penetração, porém de comportamento distinto.

77

Penetração - equipamento


Ensaio de Penetração

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.

Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576)

79

Solubilidade (Pureza) Em tricloroetileno NBR 14855

(1) Materiais e equipamentos

(2) Cadinho com papel filtro (esq)Amostra antes da filtragem (dir)

(3) Amostra dissolvida em tricloroetileno

(4) Filtragem com auxílio de vácuo80

Ponto de Amolecimento (ensaio de anel e bola)

• Temperatura na qual o CAP torna fluido.

• Especificação NBR 6560.

• Empregado para estimativa de susceptibilidade térmica.

• Presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados.

81


• 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 5C/minuto.

• Quando o asfalto amolece, a bola e o asfalto deslocam-se em direção ao fundo e

mede-se a temperatura.

82


Início do ensaio

Final do ensaio

83

Fonte: Liedi et al.,2008

Viscosímetros para Fluídos NewtonianosMedidas de consistência

• Necessário para: – Especificação de CAP (garantir bombeamento).

– Determinação da temperatura de usinagem e compactação.

– Por capilar – viscosidade cinemática (cSt).– Determinação do tempo de escoamento em tubos /

orifícios calibrados:• Saybolt Furol (s)• Cannon Fenske

Brookfield (atual - mais moderno) 84

Viscosidade Capilar a Vácuo a 60ºCViscosidade cinemática (Stoke)

• Ensaio da classificação brasileira de cimento asfáltico até 2005

• NBR 5847.• Presente em especificações

ASTM e européias.• Medida de consistência.

85

Ensaio de Viscosidade AbsolutaViscosidade dinâmica (Poise)

• Uso de tubos capilares especiais com referências.

• Banho a 60º C.• Uso de vácuo para empurrar

o asfalto no tubo: 300 mm de Hg.

• Marca-se o tempo entre referências.

• Viscosidade expressa em Pa.s (Poise).


Topo de Viscosímetros

Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs Viscosímetro Saybolt Furol87


Ensaios de ConsistênciaAparelho: dutilômetro

• Ductilidade• A ductilidade é dada pelo

alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP com o menor diâmetro de 1 cm2, em banho de água a 25 C, submetida pelos dois extremos à tração de 5 cm/minuto.


Ductilidade

• É a propriedade do material suportar grandes deformações sem ruptura.

• Caracteriza a resistência à tração e à flexibilidade do CAP.

• Quanto mais dúcteis, mais flexível.• Empregado para ensaios de retorno elástico de

asfaltos modificados.


Ensaio de Ponto de Fulgor (Segurança )

• Ponto de Fulgor

• Menor temperatura, na qual os vapores emanados durante o aquecimento do material asfáltico se inflamam quando expostos a uma fonte de ignição


Ponto de Fulgor (segurança)

Termômetro

Cápsula cheia de amostra de CAP

Ponta ligada ao gás91Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaio de DurabilidadeEfeito do Calor e do Ar

Estufa de Efeito de Calor e Ar: Película Delgada (TFOT)• Simula o envelhecimento da usinagem.• Consiste no aquecimento de uma fina película de

asfalto, em uma estufa ventilada, por um determinado tempo.

• Temperatura: 163°C, Tempo: 5h.• Determina a perda ou ganho de peso e após o

ensaio, a penetração em relação ao CAP original.• Especificação ASTM D 1754.• Especificação ABNT 14736.

92

Estufa de Película Fina

Vista da estufa fechada

Prato comasfalto

Placa rotativa

Prato

Termômetro


Ensaio de massa específica do CAP

Picnômetro vazio com tampa (a)

Picnômetro com asfalto e água

Determinação da massa do picnômetro totalmente preenchido com água a 25°C (b).

Determinação da massa do picnômetro preenchido até a metade com asfalto a 25°C (c).

Determinação da massa do picnômetro preenchido metade com água e metade com asfalto, a 25°C (d).

• D = (c-a)/(b-a)(d-c)

ABNT 6296 ETAPAS:

94

Etapas do ensaio de massa específica do CAP

(1) Picnômetros com asfalto e com água

(3) Massa do picnômetro com asfalto até a metade

(2) Massa do picnômetro com água a 25oC

(4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água95


96

O viscosímetro rotacional, geralmente, caracteriza a rigidez do asfalto a 135oC, temperatura em que o material se comporta quase que inteiramente como um fluido viscoso

Viscosímetro Rotacional (Brookfield)

97

Ensaios de Durabilidade (RTFOT)

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.

(Estufa de filme rotativo)

97

Simula o envelhecimento de usinagem e compactação


Ensaio SUPERPAVE - SHARP

98

Estufa de Filme Fino Rotativo (RTFOT)

Cilindro para colocara amostra de CAP


99

Estufa de Filme Fino Rotativo

Recipiente para ligante na RTFOT

Antes do preenchimento após do preenchimentocom ligante

Recipiente coberto após ensaio RTFOT


100

Vaso de Envelhecimento sob Pressão (PAV)


Simula o envelhecimento em serviço: cerca de 10 a 15 anos

Resultadoamostras envelhecidas para testes

no DSR, BBR e DTT

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR)

101

• Reômetro de tensão controlada– aplicação de um torque fixo para obter uma dada deformação

cisalhante

• Reômetro de deformação controlada– aplicação de um torque variável para obter uma deformação

cisalhante fixa

102

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR)

= 0 material elástico ideal = 90 material viscoso ideal

Comportamento do Asfalto

• Comportamento Viscoelástico

• Correlação entre tempo/temperatura

103

Defeitos Associados a Temperaturas de Serviço


Deformação Permanente

Influência predominante do agregado

Influência menor do ligante

Ocorre a temperaturas altasNo Brasil, entre 62 e 70 ºC


Trincas por Fadiga

• Ocorre a temperaturas intermediárias– No Brasil, entre 25 e

40 ºC– Nos EUA, entre 20 e

30ºC

• Efeito do agregado e do ligante

106

Trincas Térmicas

•Ocorre somente em países frios, geralmente em temperaturas inferiores a -10 º C

•Influência predominante do ligante •Influência menor do agregado

107

AGLOMERANTES - AsfaltosAGLOMERANTES - Asfaltos

Lamas asfálticas

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