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ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

Emulsões Asfálticas, Asfalto Diluído e Asfalto-Espuma

Bloco 2

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Autores

Bloco 2

Emulsões Asfálticas, Asfalto Diluído e Asfalto-Espuma


AutoriaAutoria

As aulas contidas neste CD foram elaboradas pela seguinte equipe de professores:

Liedi Légi Bariani Bernucci - Universidade de São Paulo

Jorge Augusto Pereira Ceratti - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Laura Maria Goretti da Motta - Universidade Federal do Rio de Janeiro

Jorge Barbosa Soares - Universidade Federal do Ceará


Lista dos assuntos do CD completoLista dos assuntos do CD completo

Este CD contém 30 aulas, em 10 blocos organizados por assunto:

Bloco 1 – Introdução

Bloco 2 – Asfaltos

Bloco 3 – Agregados e Fíler

Bloco 4 – Tipos de Revestimentos Asfálticos

Bloco 5 – Dosagem de Misturas Asfálticas e de Tratamento Asfáltico

Bloco 6 – Propriedades Mecânicas de Misturas Asfálticas

Bloco 7 – Materiais de Bases e Soluções de Pavimentação Asfáltica

Bloco 8 – Técnicas Executivas

Bloco 9 – Avaliação de Pavimentos Asfálticos

Bloco 10 – Técnicas de Restauração e Reabilitação de Pavimentos Asfálticos


ObservaçãoObservação

O conteúdo das aulas aqui apresentadas tem caráter educacional e foi elaborado pelos quatro autores a partir das respectivas experiências em ensino, pesquisa e extensão. As informações possuem a contribuição de alunos e profissionais envolvidos nestas atividades.

Na melhor de suas possibilidades, os autores registraram o crédito devido nas diversas informações, incluindo fotos e figuras. Nenhuma informação deverá ser entendida como conselho ou recomendação de qualquer ordem.

Os materiais referidos não poderão ser copiados, reproduzidos, adaptados, publicados ou distribuídos em qualquer forma sem o consentimento prévio dos autores.


Tipos Básicos de Ligantes AsfálticosTipos Básicos de Ligantes Asfálticos

Cimento asfáltico:

mistura química complexa cuja composição varia com o petróleo e processo de produção.

Do seu peso molecular, 95% são hidrocarbonetos.

Para ser usado deve ser aquecido.

Cimento asfáltico de petróleo = CAP.



ASFALTO DILUÍDO (ADP)

Diluição de CAP em derivados de petróleo para permitir a utilização a temperatura ambiente.

Denominação dada segundo a velocidade de evaporação do solvente:

cura rápida (CR) – solvente é a gasolina ou a nafta;cura média (CM) – solvente é o querosene.

Avaliado em relação à viscosidade cinemática.Ex: CM 30, CR250.



EMULSÃO ASFÁLTICA (EAP)

Dispersão do CAP em água com o uso de emulsificante.

Existem vários tipos, identificadas pelo tempo de ruptura, pela carga da partícula e pela finalidade.

Devem ser usadas preferencialmente as catiônicas.



EMULSÃO ASFÁLTICA (EAP)

Pelo tempo de ruptura podem ser:RR = ruptura rápida

RM = ruptura média

RL = ruptura lenta

RC = ruptura controlada

Existem ainda emulsões para lama asfáltica e modificadas por polímeros.


Fabricantes de emulsãoFabricantes de emulsão


Comportamento do AsfaltoComportamento do Asfalto

Comportamento Viscoelástico

Correlação entre tempo/ temperatura


Usos do Cimento Asfáltico CAPUsos do Cimento Asfáltico CAP

Matéria-prima de asfaltos diluídos, emulsões asfálticas, asfaltos modificados, asfalto espuma e asfaltos soprados.

Aplicações rodoviárias a quente – concreto asfáltico de vários tipos de composição granulométrica.


Aplicações Rodoviárias a FrioAplicações Rodoviárias a Frio

EMULSÃO ASFÁLTICA –emulsão de CAP (óleo) em água.

ASFALTO DILUÍDO – CAP diluído com querosene ou nafta.

Usos:

1. tratamentos superficiais;

2. pré-misturados a frio;

3. imprimação de bases;

4. pintura de ligação.


Emulsões AsfálticasEmulsões Asfálticas

CATIONICASDiferentes velocidades de ruptura;

rápida, média e lenta – RR, RM e RL

FASE AQUOSA ACIDIFICADACOM EMULSIFICANTES AMINADOS

MOINHO COLOIDAL PARA DISPERSÃO E FORMAÇÃO DAS MICELAS EM DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO ADEQUADA


Asfaltos Diluídos de PetróleoAsfaltos Diluídos de Petróleo

Em duas taxas de evaporação, classificado por viscosidade a 60ºC:

de cura rápida: CR-70, CR-250;

de cura média: CM-30, CM-70.

Em países desenvolvidos, seu uso em imprimação está sendo substituído por emulsões asfálticas devido a problemas ambientais.

Imprimação de bases


Asfaltos SopradosAsfaltos Soprados

O processo de oxidação de asfalto consta de uma desidrogenação e poli-condensação com geração de aromáticos poli-condensados e eliminação de água, aumentando o teor de átomos de carbono e reduzindo o teor de átomos de hidrogênio nas moléculas.

Uso industrial: em telhados, impermeabilizações, revestimentos acústicos, isolamentos elétricos

Os asfaltos oxidados são menos dúcteis e apresentam maior resistência às variações de temperatura.


Emulsão AsfálticaEmulsão Asfáltica

Uma dispersão é um sistema de várias fases, onde uma é contínua (fase dispersante – líquida) e outra, pelo menos, é finamente dividida e repartida (fase dispersa ou descontínua). Entre as diferentes dispersões, existem 2 categorias exploradas no campo industrial: as suspensões e as emulsões.

As emulsões têm maior regularidade no tamanho e na distribuição do grão do que as suspensões comuns e grãos maiores do que as soluções coloidais.


Emulsão AsfálticaEmulsão Asfáltica

O tamanho médio dos grãos de uma emulsão é da ordem de 1 mícron, podendo o seu tamanho máximo atingir alguns micros. Enquanto nos colóides é impossível a separação das micelas por meios mecânicos, a exemplo das soluções moleculares, na emulsão isto é possível.

Suspensão coloidal e suspensão comum


Exemplos de EmulsõesExemplos de Emulsões

Fase Dispersa

Meio Dispersante

Nome do Sistema

Sol sólido

Sol ou suspensão

Aerosolsólido

Emulsão sólida

Emulsão

Aerosollíquido

Espuma sólida

Espuma

Corantes Minerais

Areia movediças - tintas

Fumaças

Opala

Atomizantes

Pedra-pomes

Espumantes

OS CONSTITUINTES

SÓLIDO GASOSOLÍQUIDO

Latex de Borracha - Leite


Emulsões AsfálticasEmulsões Asfálticas

Óleo e água podem formar emulsão, porém se separam rapidamente quando cessa a agitação.

As emulsões estáveis têm o emulsificante, que previne ou retarda a separação das fases.

As emulsões asfálticas são do tipo “óleo em água” e constituídas por:

Cimento asfáltico (60 a 70%), disperso em fase aquosa, que écomposta de ácido + emulsificante (0,2 a 1%) + água + solvente.

Esquema de preparação de emulsão asfáltica

FASE OLEOSA

FASEAQUOSA

EMULSÃO GROSSEIRA

FASE OLEOSA

FASE AQUOSA

FENÔMENO DE COALESCÊNCIA

EMULSÃO ESTÁVEL (GROSSEIRO)

AGENTE QUÍMICO EMULSIFICANTE


Fabricação da Emulsão AsfálticaFabricação da Emulsão Asfáltica

Cimento asfáltico aquecido e água contendo um agente emulsificador são passados sob pressão por um moinho coloidal para produzir glóbulos pequenos de CAP que ficam suspensos na água.

O agente emulsificador impõe uma carga elétrica àsuperfície dos glóbulos de CAP, que faz estes se repelirem e não coalescer.

O processo de emulsificação quebra o asfalto em glóbulos, o que é dificultado pela coesão interna e viscosidade do CAP e pela tensão superficial que resiste à criação de novas interfaces.



Para obter uma emulsão é necessário:

Uma energia de dispersão: agente mecânico que promove a fragmentação da fase dispersa e a sua conseqüente dispersão.

Um emulsificante: agente físico-químico que atende a uma dupla finalidade:

baixar a tensão interfacial entre as duas fases, facilitando a emulsificação;

estabilizar a emulsão obtida fixando-se à periferia dos grãos da fase dispersa, impedindo assim que os mesmos se juntem (coalescência).



Moinho coloidal Consiste de um rotor de alta velocidade que gira entre 1000rpm a 6000rpm num stator. O espaçamento entre o rotor e o stator é tipicamente de 0,25mm a 0,50mm, ajustável.

O asfalto aquecido e o emulsificante são colocados no moinho simultaneamente. As temperaturas dos componentes (100°C a 140°C do asfalto, < 90°C da emulsão no final) variam com o tipo e porcentagem de asfalto na emulsão, o tipo de emulsificante, etc.


Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica

Vista geral do galpão Tanques do produto acabado

Tanques da fase aquosa Moinho coloidalTanques de CAP

(Maracanaú, CE)


Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica

Paulínea, SP Fotos de Soares (2003)


Classificação das EmulsõesClassificação das Emulsões

As emulsões asfálticas podem ser classificadas:

Quanto à carga da partícula: os dois tipos mais comuns são: catiônicas e aniônicas;

Quanto ao tempo de ruptura: ruptura rápida (RR), ruptura média (RM) e ruptura lenta (RL).


Classificação das EmulsõesClassificação das Emulsões

Classificadas de acordo com ruptura, viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente, desemulsibilidade, resíduo de destilação e quanto à utilização em 7 tipos:

Teor mín. Viscosidade Emulsão Tipo Vel. de Ruptura de resíduo Saybolt Desemulsibilidade

asfáltico Furol a 50oC

RR-1C Catiônica Rápida 62% entre 20 e 90s Superior a 50%

RR2-C Catiônica Rápida 67% entre 100 e 400s Não inferior a 50%

RM-1C Catiônica Média 62% entre 20 e 200s Inferior a 50%

RM-2C Catiônica Média 65% entre 100 e 400s Inferior a 50%

RL-1C Catiônica Lenta 60% máx de 70s -

LA-1C Catiônica - 58% máx de 100s -

LA-2C Catiônica - 58% máx de 100s -


Agente EmulsificanteAgente Emulsificante

Agente emulsificante:

Longa cadeia hidrocarbonada que termina com um grupo funcional catiônico ou aniônico. A parte parafínica da molécula tem uma afinidade pelo betume e a parte iônica (polar) uma afinidade pela água. O emulsificante não éapenas um agente estabilizador, mas um promotor de adesividade.

Comportamento do emulsificante na emulsão


Tipos de Emulsão quanto à Carga Tipos de Emulsão quanto à Carga

(a) AniônicasSão as mais antigas. Os glóbulos de asfalto são carregados negativamente. Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão aniônica (ensaio de eletroforese), os grãos se dirigirão para o catodo (ensaio de carga de partícula).

Esquema do ensaio de carga de partícula de uma Emulsão Aniônica


Esquema de Emulsões AniônicasEsquema de Emulsões Aniônicas

Sistema de classificação baseado no clima


Tipos de Emulsões quanto a Carga ElétricaTipos de Emulsões quanto a Carga Elétrica

(b) CatiônicasAtualmente este tipo de emulsão é a mais empregada. Os glóbulos de asfalto são carregados positivamente. Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão catiônica, os grãos se dirigirão para o anodo. O agente emulsificante utilizado é um sabão ácido (sal de amina resultante de uma base fraca + ácido forte), por isto são chamadas emulsões ácidas.

Esquema do ensaio de carga de partícula de uma Emulsão Catiônica


Esquema de Emulsões CatiônicasEsquema de Emulsões Catiônicas


Ruptura da EmulsãoRuptura da Emulsão

Quando a emulsão entra em contato com o agregado pétreo inicia-se o processo de ruptura da emulsão, que é a separação do CAP e da água, o que permite o recobrimento do agregado por uma película de asfalto. A água éliberada e evapora-se.

A ruptura da emulsão consiste na anulação da camada de proteção dos grãos de asfalto dispersos na água e se observa pela união dos mesmos (coagulação ou floculação).

Esquema de Coalescência na interface emulsão/agregado

A velocidade de ruptura é função da composição química do agente emulsificante e da sua dosagem na emulsão.


Fatores que Afetam a Ruptura das EmulsõesFatores que Afetam a Ruptura das Emulsões

FATORES QUE RETARDAMA RUPTURA

Emprego de um asfalto de alta viscosidade

(cimentos asfálticos)

Pequena concentração de asfalto

Emprego de uma elevada quantidade de emulsivo

Emprego de um emulsivoaniônico

Utilização de um material úmido pouco reativo e uma

pequena superfície específica

Temperatura ambiente. Temperatura baixa dos

agregados e da emulsão

Ausência ou pequena agitação das misturas emulsão +

agregados

FATORES QUE ACELERAMA RUPTURA

Emprego de um asfalto de baixa viscosidade (asfaltos

diluídos ou fluxados)

Concentração de asfalto elevada

Emprego de uma pequena quantidade de emulsivo

Emprego de um emulsivo catiônico

Utilização de um material seco reativo e com alta

superfície específica

Temperatura ambiente. Temperatura alta dos

agregados e da emulsão

Agitação intensa da mistura emulsão + agregados


Ensaios de Laboratório em Emulsões AsfálticasEnsaios de Laboratório em Emulsões Asfálticas

Determinação da viscosidade Saybolt-Furol (ABNT - NBR 14491)

Viscosímetro recebendo a emulsão

Medida do tempo (viscosidade em SSF)

Frasco padrão


Ensaios de Laboratório em Emulsões AsfálticasEnsaios de Laboratório em Emulsões Asfálticas

Determinação de ruptura - Método damistura com cimento (DNER-ME 07-94)


Ensaios de Laboratório de Emulsões AsfálticasEnsaios de Laboratório de Emulsões Asfálticas

Determinação da sedimentação (DNER-ME 06-94)



Determinação do peneiramento (DNER-ME 05-94)

Passo do ensaio: glóbulos retidos na peneira


PeneiraçãoPeneiração



Determinação da resistência à água – adesividade (ABNT/IBP - MB 721)



Determinação da desemulsibilidade(ABNT/IBP - MB 590)

Passo do ensaio: Aerossol OT reagindo com emulsão



Determinação da desemulsibilidade(ABNT/IBP - MB 590)



Determinação de carga de partícula



Determinação de pH (NBR 6299)



Determinação do resíduo por evaporação (NBR 14376)

Aquecimento da amostra

Resíduo (CAP)

Pesagem do resíduo



Determinação do resíduo por destilação de emulsões asfálticas


Ensaio de Viscosidade Saybolt FurolEnsaio de Viscosidade Saybolt Furol


Aplicação de EmulsãoAplicação de Emulsão

Lama Asfáltica

Microrevestimento


Ensaios de Laboratório em Lama Asfáltica e MicrorrevestimentoEnsaios de Laboratório em Lama Asfáltica e Microrrevestimento

Wet Track Abrasion Test (WTAT)

Equipamento de WTATe detalhe


Ensaios de Laboratório em Lama Asfáltica e MicrorrevestimentoEnsaios de Laboratório em Lama Asfáltica e Microrrevestimento

Loaded Wheel Test (LWT)

Equipamento de LWT


Ensaios de Laboratório em MicrorrevestimentoEnsaios de Laboratório em Microrrevestimento

Teste de Coesão

Coesímetro Verificação do torque

Ensaio em andamento


Ensaios de Laboratório em MicrorrevestimentoEnsaios de Laboratório em Microrrevestimento

Schulze-breuer and Ruck test

Corpo de prova Confecção do C.P. Compactação do C.P.

Corpo de prova no tubo com água

Tubo sendo colocado no equipamento

Equipamento


Execução de MicrorevestimentoExecução de Microrevestimento


Asfalto Diluído de Petróleo (ADP)Asfalto Diluído de Petróleo (ADP)

Informações básicas



Asfaltos diluídos são asfaltos líquidos produzidos pela adição de solventes de petróleo (ou diluentes) aos cimentos asfálticos para diminuir a viscosidade do CAP para aplicação a temperaturas próximas da ambiente.

O contato do ADP com agregados ou com o material de base provoca a evaporação do solvente, deixando o resíduo de cimento asfáltico na superfície.



Baseado na velocidade de evaporação, os ADP’s são divididos em três grupos:

(a) Cura rápida (CR) – produzido pela adição de um diluente leve de alta volatilidade (geralmente gasolina ou nafta);

(b) Cura média (CM) – produzido pela adição de um diluente médio de volatilidade intermediária (querosene); usado para pintura de ligação;

(c) Cura lenta (CL) – produzido pela adição de um óleo de pouca volatilidade (diesel); usado para pintura de ligação, tratamento anti-pó.



Cada categoria apresenta tipos de diferentes viscosidades cinemáticas em função da quantidade de diluente:

Os CR são constituídos pelos tipos: CR-70, CR-250;Os CM pelos tipos CM-30 e CM-70.

A quantidade de cimento asfáltico e diluente usada na fabricação de ADP varia com as características dos componentes, sendo, em geral, em volume:

Tipo 30: 52% de asfalto e 48% de diluente;Tipo 70: 63% de asfalto e 37% de diluente;Tipo 250: 70% de asfalto e 30% de diluente.


Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) - AplicaçõesAsfalto Diluído de Petróleo (ADP) - Aplicações

Em serviços de imprimação recomenda-se o uso dos ADP’s CM-30 para superfícies com textura fechada e CM-70 em textura aberta.Não se recomenda o uso de ADP CR, devido a penetração não adequada na base. A taxa de aplicação varia de 0,8 a 1,6l/m2, devendo ser determinada experimentalmente mediante absorção pela base em 24 horas. O tempo de cura é geralmente de 48 horas, dependendo das condições climáticas locais (temperatura, ventos, etc.).

Como pintura de ligação sobre a superfície de bases não absorventes e não betuminosas pode ser usado ADP CR-70, pois não há necessidade de penetração do material asfáltico aplicado, e sim de cura mais rápida. A taxa de aplicação é em torno de 0,5l/m2.


Porque se Usar Emulsão no Lugar de ADP ?Porque se Usar Emulsão no Lugar de ADP ?

As emulsões asfálticas vêm sendo cada vez mais usadas no lugar de ADP devido a:

Regulamentações ambientais: emulsão não polui pois háuma pequena quantidade de voláteis (em relação ao ADP) que evapora além da água;Perda de produtos valiosos: na cura do ADP, os diluentes, que demandam grande energia para serem produzidos, são perdidos para a atmosfera;Segurança: o uso de emulsão é seguro. Há pouco risco de incêndio comparando com ADP, que pode ter baixo ponto de fulgor;Aplicação a temperaturas ambientes: emulsão pode ser aplicada a temperatura mais baixa comparativamente ao ADP, economizando combustível.


Asfalto Espuma de AsfaltoAsfalto Espuma de Asfalto

Informações básicas


ConceituaçãoConceituação

ESPUMA DE ASFALTO: “Mistura de asfalto, aquecido à aproximadamente 1800C, e água a temperatura ambiente” (WIRTGEN, 2001)

ESPUMA DE ASFALTO: “Técnica de utilização do ligante asfáltico que consiste em promover o encontro, sob condições apropriadas, entre o asfalto aquecido a temperatura típica de utilização a quente, com água aspergida a temperatura ambiente” (MOTTA et al., 2000)


Breve HistóricoBreve Histórico

1957: Prof. Ladis Csanyi, Universidade Estadual de Iowa, USA, estabelece o conceito de espuma de asfalto.

1960 e 1970: Companhia Mobil Oil Austrália Ltda também desenvolve uma tecnologia para esta nova forma de usar o CAP.

1990: Perda da validade das patentes. Grande surto de aplicações coincidindo com o desenvolvimento da fresagem/reciclagem.


Esquema da câmara de expansão (WIRTGEN, 2001)

Esquema da câmara de expansão (WIRTGEN, 2001)


Equipamento piloto para gerar a espuma de asfalto para estudos de laboratório

(WLB 10 -WIRTGEN, 2001)

Equipamento piloto para gerar a espuma de asfalto para estudos de laboratório

(WLB 10 -WIRTGEN, 2001)


Como Age a Espuma de Asfalto?Como Age a Espuma de Asfalto?

Age formando um mástique através do contato do asfalto espumado com as partículas finas, menores que 0,075mm de diâmetro (material passante na #200).


Propriedades Fundamentais Espuma de AsfaltoPropriedades Fundamentais Espuma de Asfalto

TAXA DE EXPANSÃO: é a relação entre o volume máximo do CAP em estado de "espuma" e o volume de CAP remanescente, após a espuma estar completamente assente.

MEIA VIDA: é o tempo em segundos necessário para uma espuma regredir do seu volume máximo até a metade deste volume.


Taxa de expansão e meia vidaTaxa de expansão e meia vida


Otimização da taxa de expansão e a meia vida (WIRTGEN, 2001)

Otimização da taxa de expansão e a meia vida (WIRTGEN, 2001)


Fatores que Influenciam nas Propriedades - Espuma de AsfaltoFatores que Influenciam nas Propriedades - Espuma de Asfalto

Temperatura do asfalto.

Quantidade de água adicionada ao asfalto.

Pressão sob a qual o asfalto é injetado na câmara de expansão: baixas pressões (menores que 3 bar) afetam negativamente tanto a taxa de expansão, como a meia vida.

Tipo do asfalto de origem.

Presença de agentes anti-espumantes, tais como, compostos de silicone.


Principal UsoPrincipal Uso

Reciclagem a frio “in situ” de revestimento.

Reciclagem a frio “in situ” de revestimento e base com espuma de asfalto e cimento.

Mistura final será utilizada como camada de base, recebendo uma nova capa.


Tambor fresador/misturador(INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO, 2002)

Tambor fresador/misturador(INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO, 2002)


Barra de injeção da recicladora com espuma de asfalto (WIRTGEN, 2001)

Barra de injeção da recicladora com espuma de asfalto (WIRTGEN, 2001)


Esquema de aplicação da espuma de asfalto no campo: fresadora recicladora com câmara de expansão +

caminhão de CAP+ caminhão de água (WIRTGEN, 2001)

Esquema de aplicação da espuma de asfalto no campo: fresadora recicladora com câmara de expansão +

caminhão de CAP+ caminhão de água (WIRTGEN, 2001)

Nesta obra foi espargido cimento antes que a WR 2500 começasse a trabalhar: devido a sua potência, é capaz de empurrar com facilidade os carros tanque de água e betume.

Documents

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