Asfalto Altamente Modificado (HiMA)A Próxima Geração em de Pavimentos Asfálticos de Alto Desempenho

Os polímeros SBS convencionais podem ser misturados num asfalto em teores de 7 a 8%, mas a compatibilidade é um problema constante, mesmo em os asfaltos mais moles a viscosidade pode ser demasiadamente alta para uma mistura a temperaturas convencionais. O polímero Kraton™ D0243 oferece uma excelente compatibilidade e uma baixa viscosidade que ajuda a eliminar este problema.

HiMA é uma ferramenta que pode ser utilizada para resolver vários problemas dos pavimentos asfálticos. Oferece uma combinação de resistência à fissuração por fádica e deformação permanente que pode ser aplicada a: pavimentos estruturais mais finos; camadas de reforço com maior durabilidade e mais finas; produtos de emulsão com maior resistência a ffissuras e aplicações em estruturas altamente solicitadas , tal como tabuleiros das pontes.

O que torna o HiMA único?

O que significa HiMA?A adição de polímero SBS convencional oferecem melhorias às propriedades, mas conforme ilustrado na Figura 1, a fase dominante continua a ser o asfalto e, portanto, as propriedades são maioritariamente parecidas com oasfalto. No entanto, se os teores de polímero aumentam, as fases invertem de modo a que o ”asfalto” se comporte nesse momento mais como borracha.

Isto tem um efeito significativo nas propriedades físicas. Conforme ilustrado, o ponto de amolecimento aumenta de forma expressiva, bem como aresistência a fádiga da mistura asfáltica. O aumento nos teores de polímero em 2-3 vezes, proporciona ganhos de até 60 vezes na resistência contra a fadiga.

HiMA significa Asfalto Altamente Modificado; uma ferramenta que pode ser utilizada para resolver vários problemas de pavimentos asfálticos.

Figura 1: Efeito do aumento dos teores de polímero SBS na morfologia do polímero/asfalto

Figura 2: Efeito do aumento de teores de polímero SBS no ponto de amolecimento

Figura 3: Efeito da utilização de diferentes teores de polímero SBS no desempenho de fadiga de vigas

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10

Fase intensa do polímero descontínua

Fase intensa do polímero contínua

Resistência à fadiga 100X maior versus inalterada

Testes na Universidade de Delft

Betume Fase do polímero inchado com óleo+SBS Fase do polímero descontínua

Fase do betume-polímero contínua

Fase do polímero contínua

2.5%

5.0%

7.5%

Asfalto PEN 30/40 com 7,5% Kraton™ D0243 em carga senoidal Mistura com agregados de em 22 mm, 8Hz, 20 °C 100x ciclos de carga mesma micro-deformaçãodeformação

Po

nto

de

amo

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men

to T

R&

B (

ºC)

Cic

los

de

carg

a (N

)

Micro-esforço (-)

40

0

40

50

60

70

80

90

100

2 4 6 8 10

D 0243 7.5%

SBS 6%

SBS 3%

Inalterado

80 120 150

Conteúdos SBS (%)

Máx. Vantagem

Pavimentos EstruturaisA redução dos custos de construção e do ciclo de vida, a durabilidade do pavimento e o impacto ambiental irao continuar a representar as principais preocupações para a indústria rodoviária. A Kraton Performance Polymers desenvolveu uma solução para aumentar a durabilidade e reduzir os custos e a utilização de recursos na construção ou recuperação das rodovias.

A nossa tecnologia de asfalto altamente modificado para cursos paviementos de base asfáltica permite reduções da espessura do pavimento em 30-40% o que significa uma redução nos custos iniciais. Os testes de laboratório e a modelagem de elementoa finitos pela Universidade de Tecnologia de Delft na Holanda demonstraram que uma redução da espessura do pavimento em 40% pode ser viável sem o aumento de danos.

Este conceito esta sendo validado no Centro Nacional de Tecnologia Asfáltica (NCAT) na Universidade de Auburn em Opelika, Alabama, com resultados excepcionalmente bons até este momento.

Os cálculos dedimensionamento do pavimento com software que inclui os valores de rigidez e os resultados de fadiga para uma determinada mistura, demonstram que os resultados obtidos na Universidade de Tecnologia de Delft e no NCAT podem ser previstos com os parâmetros de material de uma mistura asfáltica altamente modificada.

Kraton™ HiMA [asfalto de 150 mm (6 pol.)]

Danos totais em cargas de 9000 eixos

0.0129

0.0121

0.0113

0.0105

0.00970.0089

0.0081

0.0073

0.0065

0.0057

0.0049

0.0041

0.0033

0.0025

0.0017

0.0009

0.0001

Asfalto inalterado[asfalto de 250 mm (10 pol.)]

Danos totais em cargas de 9000 eixos

250 mm (10”)150 mm (6”)

Trecho da Rodovia PR-092 no estado do Paraná apresentando a camada asfaltica seriamente fissurada, antes da reabilitação

A solução original de reabilitação utilizou 30,5 cm para ser substituído por asfalto e com o asfalto altamente modificado foram necessários apenas 16,5 cm ou seja uma redução na espessurad a estrutura de 45%

Novo camada de base com Asfalto Altamente Modificado pavimentado no porto de Napier, Nova Zelândia

Antes da reconstrução: graves deformações no pavimento de uma área de carga de containers no porto de Napier, Nova Zelândia

Junho de 2010 – Reabilitação convencional da Secção N8 NCAT após 10 meses, 4 MM ESALs. Primeira fissura surgiu a 2,7 MM ESALs.

Setembro de 2011 – Reabilitação HiMA da Secção N8 NCAT após 13 meses, 5,3 MM ESALs. Oklahoma irá apoiar esta seção durante o ciclo de testes de ensaio de 2012 para monitorizar a deterioração e avaliar estratégias de preservação.

Asfalto Altamente ModificadoA solução para Pavimentos de Maior Durabilidade e Menos Espessos

Camada Superior

Camada Inferior

Sub-base E = 300 MPa (43,500 psi)

Sub-grau E = 100 MPa (14,500 psi)

250 mm (10”)pavimentado Agosto 2006125 mm (5”) reabilitação Agosto 2009140 mm (5 ½”) reab. HiMAAugust 201013 meses

250 mm (10”) pavementado Agosto 2006125 mm (5”) reabilitação Agosto 2009

10 meses

Redução da Espessura

Para criar rigidez, utiliza-se um asfalto de alto módulo. A modificação SBS aumenta a resistência contra a fadiga.

O asfalto de alto modulo em combinação com elevados teores de SBS normalmente pode resultar em problemas de compatibilidade e viabilidade, mas o Kraton™ D0243 pode ser utilizado em concentrações elevadas sem problemas durante o processo de produção da mistura, e da pavimentação e compactação. Esta tecnologia também permite a utilização de asfaltos moles na reabilitação para mitigar a fissuração reflectiva.

Características do Kraton D0243:Proporciona ligantes de baixa viscosidade

Compatibilidade superior com uma ampla gama de asfaltos

Auto-reticulação – elimina a necessidade de enxofre, sem emissões de H2S

Provas realizadas em aplicações de pavimentação desde 2006

Capacidade de abastecimento global

Inovação no design de pavimentos: Redução da espessura em 30-40% que

proporciona redução nos custos iniciais

Superior durabilidade e resistência contra a fadiga

Permite aplicações em situações de altura restrita, tal como passagens de níveis em pontes

O ligante de viscosidade baixa oferece aos empreiteiros facilidade de construção em ampla gama de aplicações distintas

Solução ecológica que consome menos matérias-primas e energia

Oferece uma durabilidade e vida útil ainda maior em relação a níveis de espessura padrão

Superior resistência contra a fadiga, combinada a elevada rigidez, este é o conceito do asfalto altamente modificado em pavimentos mais finos.

Com base nos dados gerados nas seções de teste de mistura HiMA estrutural no NCAT, assim como durante o programa AASHTO TSP2 para revestimentos de mistura fina de polímero altamente modificado, a tecnologia desta plataforma foi traduzida para uma utilização potencial em tratamentos de superfície de emulsão de micro-revestimento altamente pré-modificada.

No caso de emulsões de micro-revestimento altamente pré-modificadas, deve ser mantido um equilíbrio entre a facilidade de emulsificação e o nível de carga de polímero. No caso da opção de polímero HiMA, determinou-se que um nível de carga de 6% de água no asfalto com base de micro-emulsão proporciona este equilíbrio. A rede polimérica torna-se contínua na maioria dos polímeros no intervalo de 6-8% de água. A emulsificação pode ser alcançada facilmente primariamente nos conteúdos normais de resíduos de emulsão de micro-revestimento devido à baixa viscosidade apresentada pelo polímero Kraton™ D0243.

Para além disso, a baixa viscosidade das gotas de partículas de HiMA para facilitar a coalescência de resíduos HiMA sob aplicação com a renovação simultânea da rede polímérica estabelecida.

Espera-se atingir uma maior resistência à propagação reflectiva de fissuras e à fissuração térmica na área, assim como uma resistência à pressão de veículos de grande carga, principalmente ao virar nas intersecções ou em ruas residenciais.

Para além disso, de modo a maximizar a durabilidade e resistência à fadiga do tapete de micro-revestimento instalado, está incorporado um agente de ligação de categoria mais suave no polímero HiMA nestas formulações de emulsão altamente pré-modificadas. Uma vez que o ponto de amolecimento do resíduo de emulsão HiMA pode ser de até 15-20 °C (30-40 °F) superior a um resíduo de emulsão de micro-revestimento modificado por latex convencional, a resistência à lavagem aumenta.

O tamanho das partículas e a distribuição de tamanho das partículas são típicos em relação ao observado numa emulsão de micro-revestimento modificado por latex convencional utilizando um asfalto inalterado e mais duro. Para além disso, as propriedades de mistura do micro-revestimento ISSA A143, tais como abrasão de pista molhada são equivalentes ou melhores do que os sistemas de emulsão de micro-revestimento modificado por latex de referência.

As formulações de HiMA, polímero desenvolvido pela Kraton Polymers, possibilitam um pavimento asfáltico durável com uma espessura reduzida do pavimento que reduz os custos, permitindo assim maiores alternativas de revestimento dentro dos orçamentos estabelecidos. A tecnologia HiMA permite tanto a recuperação como a construção de estradas que durem mais e necessitam de menos manutenção. O nosso objectivo é de tornar os pavimentos mais rentáveis. As formulações de HiMA permitem adicionarmos um teor maior de polímero na mistura para atingirmos uma redução de até 50% na espessura do asfalto.

Emulsões

Figura 6: Distribuição de tamanho das partículas de micro-revestimento Controle + HiMA

0.1 1.0 10.0 100.0

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Tamanho de Partículas (mm)

Vo

lum

e (%

)

Controlo – Modificado por latex de SBR de 3,5% de água

HiMA – Modificado D0243 de 6% de água

1000.0

Figura 5: Resultados do WTAT (Wet Track Abrasion Test) e SP de emulsão de micro-revestimento Controlo + HiMA

EID de Emulsão

ASTMD36

ISSA TB 100

Perda WTAT (g/m2) / (g/pés2)

SP (°C) / SP (°F) 1 Hora 6 Dias

Controle 62 / 144 293 / 27.2 410 / 38.1

HiMA 83 / 181 95 / 8.8 171 / 15.9

O sucesso do trabalho de modelagem e laboratório na Universidade de Tecnologia de Delft combinado com os dados de teste gerados no teste de ensaio de pavimento do NCAT sugeriram que a tecnologia HiMA podia ser promissora para as aplicações de preservação do pavimento, tal como a pavimentação asfáltica de revestimento delgados e os tratamentos superficiais com emulsões asfálticas.

Em 2011, os estados de Minnesota, New Hampshire e Vermont estabeleceram projetos de demonstração como parte do programa de pavimentação de superfícies finas de HiMA AASHTO TSP2 apoiado pelo Centro Nacional de Preservação de Pavimentos na Universidade Estatal de Michigan. As misturas produzidas na fábrica foram incluídas na amostra durante a instalação de campo e testadas no Highway Sustainability Research Center (HSRC) que se encontra na Universidade de Massachusetts Dartmouth. As misturas AH utilizaram um agente de ligação de asfalto modificado de polímero que consiste num ligante (PG -34) modificado com polímero HiMA de 7,5%.

As características de desempenho das misturas HiMA foram determinadas em termos de resistência à fissuração reflectiva, fissuração térmica, deformações e danos causados pela h umidade. A resistência à fissuração reflectiva foi medida utilizando o Dispositivo de Teste de Camada do Texas (OT – Overlay Tester), as características da fissuração térmica das misturas foram medidas utilizando o Teste de Espécies Contidas de Pressão Térmica (TSRST – Thermal Stress Restrained Specimen Test), as características das deformações foram medidas utilizando o Analisador de Pavimento Asfáltico (APA – Asphalt Pavement Analyzer) e os danos causados pela umidade foram medidos utilizando o Dispositivo de Hamburgo (HWTD – Hamburg Wheel Tracking Device).

De acordo com os resultados AASHTO TSP2 publicados, espera-se que as misturas HiMA atrasem a fissuração reflectiva, resistam à fissuração de baixas temperaturas até uma temperatura estimada de aproximadamente -28 °C, e apresentam deformações e danos mínimos causados pela umidade.

Figura 4: Resumo dos Resultados dos Testes das Misturas HiMA Estabelecidas no Minnesota (MN), New Hampshire (NH) e Vermont (VT)

*A mistura não alcançou os critérios de falha na conclusão de 2.000 ciclos no dispositivo OT.

Camadas Delgadas

MisturaMédia de Ciclos de OT para Redução da Carga em 93%

Média de Temperatura de

Flaha TSRST

Média da Profundidade de Sulcos do APA

após 8000 Ciclos

HWTD – Ponto de Inflexão da

Extracção

Mistura MN HiMA 434 -31.8 °C 5.92 mm 16,700

Controle MN (Sem Polímero) 133 -32.2 °C 6.20 mm 14,600

Mistura NH HiMA 2,000* -33.1 °C 5.16 mm 10,000

Mistura VT HiMA 2,000* -30.1 °C 2.03 mm 10,000

Mistura VT HiMA + 24% RAP

1,144 -27.8 °C 2.87 mm NENHUM

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que estão presentes essencialmente em todos os aspectos da nossa vida. O inventor original da química do SBC nos anos 60, a Kraton tem um

histórico de inovações que começa quase há 50 anos. Usado em diversas aplicações, Kraton agrega utilidade, valor e apelo aos clientes para produtos

que vão desde adesivos e revestimentos, pavimentos e telhados até itens de cuidado pessoal e médicos, componentes eletrônicos e automotivos. A

Kraton oferece aproximadamente 800 produtos para mais de 700 clientes em mais de 60 países no mundo todo. Dedicada a dar aos Inovadores uma

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