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| CAPÍTULO 1 |
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| INTRODUÇÃO |
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| INTRODUÇÃO |
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| Emulsões asfálticas, também conhecidas como hidrasfaltos, são misturas de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) dispersos em uma fase aquosa. |
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| As emulsões asfálticas surgiram como alternativa para que o asfalto fosse aplicado a frio, pois, na produção de misturas asfálticas a quente, é necessário que os componentes à serem misturados ao CAP estejam quentes, acarretando em maiores custos com equipamentos e oferecendo riscos aos operários, durante o manuseio. |
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| Estas emulsões, após a aplicação, perdem a água, resultando na solidificação do asfalto (Bauer, 1999; ABEDA, 2001). |
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| Com o avanço da tecnologia, procura-se , cada vez mais, desenvolver novas tecnologias para melhorar o desempenho e a durabilidade das misturas asfálticas e/ou do ligante asfáltico. |
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| Isto é feito através de modificações químicas ou físicas, cada uma delas oferecendo vantagens na mitigação dos efeitos das patologias apresentadas pelos pavimentos asfálticos durante sua vida útil. |
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| A nanotecnologia visa à criação de novos materiais, dispositivos e sistemas através do controle da matéria em escala nanométrica, como fenômeno associado com as interações atômicas e moleculares que fortemente influenciam as propriedades macroscópicas do material (Grajales, 2011; You et al., 2011). |
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| O presente trabalho visa o desenvolvimento de emulsões asfálticas modificadas com vermiculita, agente modificador escolhido para desenvolver essa pesquisa. |
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| A vermiculita foi adicionada diretamente na emulsão asfáltica convencional. |
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| CAPÍTULO 2 |
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| OBJETIVOS |
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| 2OBJETIVOS |
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| Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de emulsões asfálticas modificadas com vermiculita e estudar suas propriedades. |
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| Os principais objetivos específicos do presente trabalho são: 1. |
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| Formação do aluno na área de asfaltos ; 2. - Realizar revisão bibliográfica sobre asfaltos e emulsões ; 3. - Preparar asfaltos modificados por vermiculita e avaliar os produtos obtidos fazendo uso dos seguintes ensaios : penetração , ponto de fulgor , ponto de amolecimento , ductilidade e viscosidade Saybolt-Furol . |
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| 3» |
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| CAPÍTULO 3 REVISÃO |
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| BIBLIOGRÁFICA |
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| 3-1-Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) |
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| O Cimento Asfáltico de Petróleo é considerado o principal constituinte da emulsão asfáltica, podendo variar de 40 até 75% em volume. |
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| É um material formado por asfaltenos e maltenos, e estes, por sua vez, dividem-se em hidrocarbonetos saturados, hidrocarbonetos aromáticos e resinas (Selmo, 2002). |
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| A obtenção de asfalto é realizada através da destilação de tipos específicos de petróleo, na qual as frações leves (gasolina, diesel e querosene) são retiradas no refino. |
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| O produto resultante deste processo, então, passa a ser chamado de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). |
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| Os cimentos asfálticos são materiais termoplásticos, variando a consistência de firme a duro, em temperatura ambiente (25 °C) e devem ser aquecidos até a condição de fluidos, conveniente ao seu emprego. |
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| São classificados de acordo com o grau de penetração e viscosidade. |
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| Outros ensaios podem ser realizados com o CAP, como o ponto de amolecimento, a ductilidade e ponto de fulgor (Bauer, 1999). |
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| 3-2-Tensoativos |
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| Os tensoativos são moléculas cuja estrutura química contém grupos com afinidades distintas e interligadas, ou seja, uma cabeça polar ou hidrofílica ligada a uma cauda apolar ou hidrofóbica. |
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| A presença, na mesma molécula, de duas regiões com afinidades diferentes caracteriza o termo anfifílico (Mittal, 1979). |
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| Dentre suas propriedades, destacam-se a formação de bolhas e espumas na superfície de um líquido e a adsorção nas superfícies ou interfaces líquido-líquido, líquido-gás e sólido-líquido, promovendo redução significativa da tensão superficial ou interfacial. |
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| 3-2-1-Classificação dos tensoativos |
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| Os tensoativos podem ser classificados de acordo com a região polar, ou hidrofílica, em tensoativos iônicos (catiônicos, aniônicos e anfóteros) e tensoativos não-iônicos. |
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| Tensoativos catiônicos possuem, em solução aquosa, um ou vários grupos ionizáveis que produzem íons carregados positivamente na superfície ativa. |
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| Estes tensoativos são normalmente utilizados para tratamento de água, formulação de desinfetantes e cosméticos, devido a sua efetiva ação microbiológica. |
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| Tensoativos aniônicos possuem, em solução aquosa, um ou vários grupos ionizáveis que produzem íons carregados negativamente na superfície ativa. |
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| Os tensoativos mais difundidos deste grupo são os sabões, aminas, compostos sulfonados, dentre outros. |
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| Tensoativos anfóteros possuem em sua estrutura ambos radicais ácido e básico. |
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| Tais tensoativos apresentam características específicas de acordo com o pH do meio. |
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| Tensoativos não-iônicos são constituídos por substâncias cujas moléculas, em solução aquosa, não se ionizam. |
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| O seu poder hidrofílico se origina de grupos polares do tipo éter (R-O-R), álcool (R-OH), carbonila (R-CO-R) ou mesmo amina (R-NH-R). |
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| A maioria desses tensoativos é obtida através da policondensação de moléculas de óxido de etileno sobre um composto lipófilo com hidrogênio móvel (Viana, 1994). |
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| 3-3-Emulsões Asfálticas |
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| As emulsões asfálticas podem ser definidas como misturas de cimento asfáltico de petróleo dispersos na fase aquosa, produzidas, normalmente, através de um processo mecânico em equipamentos de alta capacidade de cisalhamento, denominados moinhos coloidais. |
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| A emulsão asfáltica apresenta coloração marrom e sua consistência pode variar entre um líquido de baixa consistência como, por exemplo, o leite, até a consistência cremosa, como o mel (ABEDA, 2001). |
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| Além dos componentes básicos que constituem a emulsão asfáltica (asfalto, água e agente emulsificante), em algumas situações a emulsão pode conter aditivos, tais como: estabilizantes, agentes melhoradores de adesão e controladores de quebra (AEMA, 2007). |
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| Segundo Santana (1993) para emulsificar o cimento asfáltico de petróleo deve-se dividi-lo em partículas muito pequenas e envolvê-las com um agente emulsificante, de modo a impedir a união dessas partículas dispersas na fase aquosa, ou seja, a ruptura prematura da emulsão asfáltica. |
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| O equipamento mais adequado para a produção da emulsão asfáltica é o moinho coloidal. |
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| Segundo Harlan (2002) o moinho coloidal divide o asfalto em glóbulos com tamanho de aproximadamente 0,025 a 0,125 mm (25 a 125 microns). |
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| 3-3-1-Emulsões asfálticas convencionais |
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| As emulsões asfálticas surgiram no mercado no início do século XX, em vários lugares e com diversos usos. |
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| No início de 1900 se empregou, pela primeira vez, uma emulsão asfáltica do tipo aniônica na construção de estradas na cidade de Nova York. |
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| Em 1914, o estado de Indiana começou a realizar trabalhos de reparação de estradas empregando também as emulsões asfálticas aniônicas (Talavera et al., 2001). |
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| As emulsões asfálticas surgiram como um método alternativo para que o asfalto fosse aplicado a frio, pois, para a produção de misturas asfálticas a quente, era necessário que os componentes que são misturados ao CAP estivessem quentes, acarretando em maiores custos com equipamentos e oferecendo riscos aos operários, durante o manuseio (ABEDA, 2001). |
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| Emulsões asfálticas, também conhecidas como hidrasfaltos, são misturas de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) dispersos na fase aquosa. |
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| A emulsão asfáltica representa uma classe particular de emulsão óleo-em-água, na qual a fase óleo tem uma viscosidade elevada. |
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| O asfalto e a água não formam uma emulsão por simples mistura dos dois componentes, sendo necessária a utilização de um agente emulsificante para manter a emulsão estável. |
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| Além disso , o asfalto precisa ser disperso por ação mecânica que o transforme em pequenas partículas ou glóbulos (IBP, 1999; Hunter, 2000; ABEDA, 2001; Shell, 2003). |
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| A utilização de emulsões asfálticas representa economia de energia, sendo, também um material ecologicamente seguro por não necessitar aquecimento, o que reduz a emissão gases poluentes e risco de incêndio. |
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| Estas emulsões são de fácil uso, podendo inclusive ser aplicadas em superfícies úmidas. |
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| Quando comparadas ao asfalto, apresentam, também, a vantagem de apresentar maior plasticidade inicial e maior aderência. |
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| As principais desvantagens são: a menor resistência mecânica e a presença de resíduos de soda, provenientes do emulsificante. |
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| Segundo Bauer (1999), a emulsão asfáltica é uma dispersão composta de 50 a 70% de cimento asfáltico, pequenas frações de emulsificante (1 a 2%) e o restante de água. |
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| A emulsão, à temperatura ambiente, é líquida e com o tempo perde a água, resultando na solidificação do asfalto. |
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| Estas dispersões são preparadas em misturadores (baixa velocidade) e homogeneizadores (alta velocidade). |
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| O equipamento usado neste processo é o moinho coloidal, que produz glóbulos extremamente pequenos, quase todos na gama do tamanho coloidal (5 a 10 micra ou menor) (Song et al., 2006). |
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| O endurecimento das emulsões asfálticas dá-se devido à perda de água após a aplicação, resultando na deposição do asfalto. |
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| As emulsões, durante a construção, devem permanecer fluidas para a adequada aplicação. |
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| Os glóbulos de asfalto são mantidos separados pelo agente emulsificante até que a emulsão se deposite na superfície do terreno, do pavimento existente ou envolvendo as partículas de agregado. |
| s-71
| Para que o asfalto desempenhe sua função final de cimentar e impermeabilizar, a fase aquosa deve separar-se do asfalto (quebra da emulsão), o que ocorre devido à neutralização das cargas eletrostáticas e a evaporação da água, fazendo com que ocorra a coalescência das gotículas de asfalto, formando uma película contínua sobre o agregado ou pavimento (Instituto de Asfalto, 2002). |
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| As emulsões catiônicas, que serão objeto de estudo desta pesquisa, têm como emulsificante sais de aminas ou poliaminas graxas, conferindo-lhes propriedades ácidas (pH < 7). |
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| Os glóbulos apresentam carga positiva e a fase aquosa contínua tem carga negativa. |
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| Estas emulsões apresentam maior facilidade de aplicação, flexibilidade e resistência, sendo recomendadas para uso em consertos de macadame, impermeabilizações, etc. |
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| Uma outra forma de classificar as emulsões, de acordo com as Normas Técnicas Brasileiras, leva em conta o tempo que esta leva para romper. |
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| Denomina-se ruptura ou quebra de uma emulsão o fenômeno de separação das fases constituintes da emulsão. |
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| A ruptura pode ocorrer por evaporação da água, por um desequilíbrio eletroquímico (provocado por aumento da acidez ou alcalinidade) ou pela ação do agregado, o qual atrai para si os glóbulos de asfalto (adsorção). |
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| O tempo de ruptura depende, dentre outros fatores, da quantidade e do tipo do agente emulsificante. |
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| A emulsão asfáltica pode ser do tipo quebra rápida, designada como RR, quando sua ruptura ocorre em no máximo 40 minutos; ruptura média, designada como RM, quando esse tempo é menor que 2 horas e as emulsões de ruptura lenta, designadas como RL, quando a ruptura ocorre entre 2 e 4 horas. |
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| A determinação da ruptura nas RR é regulada pelo MB – 590 (ABNT - NBR 6569/2000) e da RL pela MB – 496 (ABNT - NBR 6297/2003). |
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| Dependendo da quantidade de cimento asfáltico envolvida na fabricação das emulsões, elas podem ser classificadas em 1C e 2C. |
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| A terminologia |
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| C indica emulsão do tipo catiônica e os números 1 e 2 estão associados à viscosidade relativa e a quantidade de cimento asfáltico empregada na obtenção da emulsão. |
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| 3-3-2-Emulsões asfálticas modificadas |
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| A fabricação de emulsões asfálticas vivencia avanços tecnológicos que permitem agregar ainda mais qualidade na execução de serviços de pavimentação. |
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| Com o surgimento dos asfaltos modificados por polímeros e, por conseqüência, das emulsões asfálticas também modificadas por polímeros, serviços de pavimentação que eram executados com emulsões convencionais passaram a ser executados com emulsões asfálticas modificadas, permitindo que estas emulsões fossem utilizadas em situações de tráfego mais intensas. |
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| Deste modo a aplicação de emulsões asfálticas ficou ainda mais abrangente, atuando em condições que eram restritas apenas às misturas asfálticas a quente (Greca Asfaltos, 2006). |
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| A emulsão asfáltica obtida com o asfalto modificado possui elevada recuperação elástica e elevado ponto de amolecimento, que afetam o desempenho dos pavimentos. |
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| A recuperação elástica fornece ao ligante a capacidade de retornar ao seu estado inicial, uma vez cessada a solicitação provocada pelo tráfego. |
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| Esta propriedade interfere na resistência à fadiga das misturas betuminosas e na maior flexibilidade nos tratamentos superficiais. |
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| Um ponto de amolecimento maior proporciona ao asfalto modificado uma maior consistência em temperaturas mais elevadas, assim, o tratamento superficial está menos sujeito a exsudação (Betunel, 2011). |
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| A adição do polímero ao ligante reduz a oxidação do asfalto, evitando o surgimento de defeitos no pavimento, como a formação de fissuras, trincas e panelas. |
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| Dependendo do polímero adicionado, se este apresentar propriedades elásticas, sua adição também melhora a adesividade do ligante ao agregado, permitindo que este seja submetido a maiores esforços sem ser arrancado da pista. |
| s-94
| A maior viscosidade da emulsão asfáltica, fornecida pelo polímero, permite o envolvimento do agregado com uma película mais espessa de asfalto. |
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| Estes fatores associados garantem um desprendimento mínimo dos agregados, possibilitando uma abertura mais rápida ao tráfego (Betunel, 2011). |
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| Os polímeros mais comuns utilizados em emulsões asfálticas são: o látex natural e sintético e co-polímeros de estireno-b-butadieno (SBS) e butadieno-b-acrilonitrila (SBR). |
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| Geralmente são adicionados de 2,5 a 3% de polímeros sobre o peso da emulsão. |
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| A principal desvantagem do uso de emulsões asfálticas modificadas por polímeros é o custo adicional, pois estas geralmente custam 30% mais que as emulsões asfálticas convencionais. |
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| Contudo, em áreas onde há um tráfego intenso, causando danos ao pavimento, o uso de emulsões asfálticas modificadas é justificado (Wood et al., 2006). |
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| 3-3-3-Benefícios das Emulsões Asfálticas |