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PROJETO APLICADO II PROCESSOS DE FABRICAO

INSTITUTO POLITCNICO Centro Universitrio UNA

FABRICAO DE CONCRETO ASFLTICO MODIFICADO COM

POLMERO SBS

CURSO: Engenharia Qumica Professor PA: Ktia Moreira

Dbora de Ftima Lopes, Laura Duarte Maral, Marcus Vinicius Santiago, Mariana Tavares de

Oliveira, Narana Cardozo da Silva, Stephany Alcantara de Paula

Resumo - O asfalto um resduo da destilao vcuo do petrleo bruto. A sua

utilizao na pavimentao de vias amplamente conhecida. O presente trabalho

visa detalhar o processo de produo do concreto asfltico e as consequncias da

modificao desse produto por um polmero, visando a melhoria das suas

propriedades e o aumento da sua durabilidade.

Palavras-chaves Asfalto, Polmero SBS, Concreto Asfltico, Pavimentao.

1. Introduo

O transporte comercial e de pessoas no Brasil feito, principalmente, por terra

atravs de rodovias e estradas, que formam uma malha rodoviria intensa e passa

por constantes problemas. Um destes problemas so as enchentes e alagamentos

nas pocas de chuva no entorno da rea pavimentada, isso por que a camada de

revestimento mais utilizada ainda o asfalto, um derivado do petrleo que alm de

ser um material aglutinante, permeabiliza totalmente o local onde foi colocado.

BERNUCCI et. al. (2008)

Este entre outros problemas tm levado pesquisas sobre novos materiais para

pavimentao, materiais que sejam ao mesmo tempo porosos, flexveis, duradouros

e que sustentem as temperaturas que podem estar suscetveis. AZEVEDO e

SILVA (2011)

A importncia dos ligantes asflticos para o desempenho dos pavimentos flexveis

tem levado ao uso de aditivos para melhorar suas propriedades fsicas, mecnicas e

qumicas, aumentando a resistncia formao de defeitos. So adicionados aos

cimentos asflticos produtos como agentes melhoradores de adesividade, agentes

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rejuvenescedores, polmeros e, particularmente em alguns casos, borracha moda

de pneus inservveis. NEVES (2009)

O concreto asfltico, produto constitudo de agregados minerais, misturado com

ligantes base de petrleo, forma um produto resistente, flexvel, de baixa

permeabilidade e durvel, ideal para rodovias em geral. Ele pode ser produzido

tambm com polmero modificado, para melhorar ainda mais suas caractersticas

fsico-qumicas. IBP (2009)

Este trabalho tem como objetivo estudar o processo de fabricao do concreto

asfltico, analisar as caractersticas do produto final com adio de polmero e sem

adio de polmero, bem como apresentar as diferenas e benefcios em utilizar-se

de um ou outro tendo como base os testes efetuados.

2. Referencial Terico

O principal material aglutinante utilizado na construo de rodovias e vias urbanas

tem sido o asfalto, entretanto, o aumento do nmero de veculos comerciais e da

carga transportada por eixo tem levado ao desgaste prematuro dos pavimentos,

resultando em aumento dos custos de manuteno, engarrafamentos e atrasos aos

usurios. OLIVEIRA et. al. (2010)

A mistura asfltica o produto da adio do ligante ao agregado e eventualmente

modificadores para lhes conferir propriedades diferenciadas ou melhores em relao

mistura convencional. [10] O agregado consiste basicamente em uma mistura de

p de pedra, brita n0, brita n1 e areia. Em um pavimento o material que deve

apresentar maior tenacidade o agregado, pois o ligante deve apenas manter a

unio do mesmo. AZEVEDO e SILVA (2011)

Os asfaltos modificados por polmeros so obtidos a partir da incorporao do

polmero ao CAP (Cimento Asfltico de Petrleo), em unidade apropriada, podendo

ou no envolver reaes qumicas. Os CAPs que se prestam modificao so

aqueles que apresentam compatibilidade com o polmero a ser empregado. Os

polmeros mais amplamente utilizados na modificao para fins rodovirios so: SBS

(estireno-butadieno-estireno), SBR (borracha de butadieno estireno) e EVA

(copolmero de estileno acetato de vinila). OLIVEIRA et. al. (2010)

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O CAP, j com o polmero incorporado, acondicionado em 4 (quatro) tanques onde

mantido em uma faixa de temperatura fixa de 160C a 175C para que este no

perca suas propriedades. Caso essa temperatura seja ultrapassada, a matria prima

se liquefaz e se a temperatura cair muito ela se torna quebradia. LUIS NETO

(2013)

O CAP modificado com o polmero SBS bombeado e passa por uma tubulao

para chegar at a usina, mais precisamente no alto do misturador. Um leo trmico,

chamado Seriola, utilizado para manter a temperatura do CAP dentro da

tubulao. Esse leo aquecido na caldeira que utiliza a queima do leo diesel

como fonte de calor. Inicialmente o leo entra na caldeira temperatura ambiente, e

ali aquecido. A sua temperatura elevada em 5C a cada hora de aquecimento.

Aps atingir uma temperatura de 180C liberado para circulao na tubulao que

manter a temperatura do CAP. LUIS NETO (2013)

Em outro tanque parte, armazenado o combustvel BPE (de baixo ponto de

fulgor) que utilizado na secagem dos agregados. O combustvel bombeado at o

forno rotativo. A escolha da utilizao desse combustvel na secagem dos

agregados explicada pelo fato da chama do mesmo ser mais forte sendo

consumido menos combustvel. Uma mesma quantidade de outro combustvel, como

o leo diesel, seria consumido mais rapidamente para que fosse atingida a chama

ideal. LUIS NETO (2013)

Os agregados ficam armazenados no ptio da empresa e so colocados

separadamente. Estes so levados at um silo onde caem na correia dosadora.

Nesta etapa determinada a porcentagem de cada componente do agregado. Esta

dosagem feita atravs da pesagem desses componentes. Aps passar pela

correia dosadora so encaminhados correia transportadora passando previamente

por uma peneira para que seja retirada qualquer impureza indesejvel. A correia

transporta os agregados para o forno rotativo. Uma vez dentro do forno rotativo, os

componentes so secados uma temperatura de 160C. Um maarico gigante, na

boca do forno, aquece o material que est rodando. A queima do combustvel BPE

faz a secagem destes componentes. LUIS NETO (2013)

Aps a secagem os agregados so pesados. Devendo atingir um peso de 760Kg.

Os agregados so levados ao misturador por um elevador de caneca. No misturador

adicionado o CAP. A quantidade de CAP adicionada depende do trao

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previamente estipulado. Uma vez no misturador feita a rotao das ps de mistura.

Essa etapa dura em mdia 40 segundos. Feita a mistura aberto o silo e o concreto

asfltico pronto cai no caminho que far o transporte do material at o local de

aplicao. O caminho vedado com lonas para que a temperatura seja mantida. O

concreto asfltico no pode ficar abaixo de 140C que a sua temperatura mnima

de aplicao. LUIS NETO (2013)

Segundo alguns pesquisadores, a radiao UV do sol um fator importante no

envelhecimento do ligante asfltico. A luz do sol atinge a superfcie do pavimento e

desencadeia reaes radicalares in situ, formando uma fina camada bastante

oxidada na superfcie da amostra. SILVA et. al. (2004)

O efeito superficial da radiao UV j conhecido e inclusive utilizado no processo

de cura de resinas empregadas em componentes eletrnicos multicamadas. A

radiao UV penetra apenas em 10m da superfcie do ligante asfltico, contribuindo

para a formao de aldedos, cetonas e cidos carboxlicos. Estas reaes

dependem da disponibilidade de oxignio no meio, do pH, da concentrao inicial de

substrato, da intensidade da radiao. ALLINGER (1978)

O mecanismo de uma reao qumica provocada pela incidncia de luz, ou seja, de

um processo fotoqumico, envolve inicialmente a excitao do eltron em nveis

superiores de energia, que ao retornar ao seu nvel fundamental, libera energia

suficiente para romper diretamente uma ligao qumica ou ento iniciar a quebra de

outras ligaes atravs de um processo foto-sensibilizado e de foto-oxidao.

KLEMCHUCK (2000) Quando uma molcula absorve radiao eletromagntica o

seu eltron excitado de um estado de menor energia a um estado de maior

energia, isso mostrado na Reao 1.

Reao 1 ALLINGER, N.L. Qumica Orgnica 2 Ed.

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A ruptura de ligao normalmente homoltica, ou seja, um eltron vai para cada

fragmento formando radicais livres, que propagam a reao. Na presena de O2

(efeito oxidativo) e de gua (efeito hidroltico) a iniciao da degradao de

polmeros se d pela ruptura homoltica de hidroperxidos, seguido de propagao

e terminao das reaes, carbonos tercirios so mais susceptveis ao ataque que

os secundrios. ALLINGER (1978)

Para minimizar esses efeitos, estudos com SBS, EVA e SEBS constataram que o

polmero exerce um papel importante na manuteno das propriedades do material,

principalmente um menor endurecimento em relao ao asfalto puro. Isso por que,

durante o processo de envelhecimento, segmentos e ramificaes do SBS

combinam-se com o asfalto, melhorando a disperso de fases e a compatibilidade.

SILVA et. al. (2004) O polmero pode, por exemplo, estabelecer uma ligao qumica

com grupos carboxlicos presentes nos asfaltenos e assim melhorar a estabilidade

como o caso da reao qumica apresentada na Reao 2. KLEMCHUCK (2000)

R

O

OH

+

OH

CH2

OR

O

O

CH2

Reao 2 KLEMCHUCK, P.P. Handbook Polymer Degradation

3. Materiais e Mtodos

Este estudo compreende o processo de fabricao do concreto asfltico modificado

com polmero. Para tal, foram utilizados vrios artigos publicados e estudos sobre o

processo. Foi realizado tambm o estudo de normas tcnicas para produo do

concreto asfltico e projetos de licitao de obras de aplicao do produto.

Para uma visualizao real do processo de fabricao utilizou-se de trs visitas

tcnicas. A primeira compreendeu o estudo da planta industrial, conhecer e entender

o funcionamento dos equipamentos, acondicionamento e utilizao dos materiais a

serem inseridos na produo e fabricao do concreto asfltico. A segunda visita

compreendeu a visualizao da usina em funcionamento, abrangendo os

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equipamentos e a produo do concreto asfltico em andamento. Nesta visita pde-

se tambm ter contato com o laboratrio de anlises e testes de controle de

qualidade de fabricao. Na terceira visita foram realizados testes fsico-qumicos

para determinar as caractersticas e diferenas entre o concreto asfltico comum e o

modificado com polmero.

4. Resultados Experimentais

O trocador de calor utilizado no processo para manter a temperatura do CAP um

trocador de calor do tipo tubo duplo que utiliza o processo contra corrente e seu

esquema de funcionamento est representado na Figura 1.

Figura 1 Esquema de funcionamento de um trocador de calor de tubo duplo.

A vazo do leo trmico de 50 mL/s. Sabendo-se que a densidade do mesmo de

872 g/L pode-se calcular a vazo mssica ( ) utilizando a Equao 1. Com o Cp

(Capacidade calorfica = 5,0735 J . g-1 . C-1) do mesmo, pode-se determinar a

quantidade de calor perdida no processo tendo em vista que a temperatura de

entrada e sada so respectivamente 160 C e 180 C. Conforme a Equao 2,

determinou-se que a quantidade de calor perdida no processo ( ) de 4424,092 J/s.

. (Equao 1)

. . (Equao 2)

Foram efetuados os ensaios com e sem o polmero (SBS) no laboratrio da empresa

onde foi realizada a visita. Foi adicionado ao CAP, 6% do polmero SBS. O

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desempenho do asfalto modificado com polmero (SBS) foi avaliado mediante a

realizao dos seguintes ensaios:

Teste de penetrao: a profundidade, em dcimos de milmetro, que uma

agulha de massa padronizada (100g) penetra numa amostra de volume padronizado

de cimento asfltico, por 5 segundos, temperatura de 25C. Em cada ensaio, trs

medidas individuais de penetrao so realizadas. A consistncia do CAP tanto

maior quanto menor for a penetrao da agulha (ABNT NBR 6576/98). BERNUCCI

et. al. (2008)

Teste de ductilidade: A ductilidade dada pelo alongamento em centmetros

obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP, na seo diminuda do molde com

largura inicial de 10mm, em banho de gua a 25C, submetida pelos dois extremos

velocidade de deformao de 5cm/minuto (ABNT NBR 6293/2001). BERNUCCI et.

al. (2008)

Ensaio de determinao do ponto de fulgor: O ponto de fulgor um ensaio ligado

segurana de manuseio do asfalto durante o transporte, estocagem e usinagem.

Representa a menor temperatura na qual os vapores emanados durante o

aquecimento do material asfltico se inflamam por contato com uma chama

padronizada. Valores de pontos de fulgor de CAP so normalmente superiores a

300C (ABNT NBR 11341/2004). BERNUCCI et. al. (2008)

Determinao de viscosidade: A viscosidade uma medida da consistncia do

cimento asfltico, por resistncia ao escoamento. O viscosmetro mais usado para

os materiais asflticos o de Saybolt-Furol (ABNT NBR 14756/2001). BERNUCCI

et. al. (2008)

Ensaio de determinao de recuperao elstica: Este ensaio determina a

recuperao elstica do material asfltico aps a interrupo de trao mecnica

especificada exercida pelo ductilmetro. Este ensaio semelhante ao ensaio de

ductilidade diferenciando-se apenas que, no momento em que seccionado o CAP

verificado o seu retorno aps 60 min de repouso. AZEVEDO et. al. (2011) ABNT

NBR 14756/2004 BERNUCCI et. al. (2008)

Os resultados foram expressos em uma tabela, comparando os valores encontrados

nos ensaios do CAP convencional e do CAP modificado com polmero SBS. Na

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Tabela 1 so encontradas as especificaes bem como o resultado que cada

produto apresentou.

Tabela 1 Comparao entre valores padro e valores obtidos aps os testes

CARACTERSTICAS Und. CAP

(Padro) CAP

(Teste) CAP SBS (Padro)

CAP SBS (Teste)

Penetrao 0,1mm 50 a 70 53 a 61 45 a 70 45 a 51

Ductilidade cm >60 >72 >100 80

Ponto de Fulgor C >235 245 >235 249

Viscosidade S >110 117 >150 154

Recuperao Elstica % - - >85 88

Conforme observado pela indstria, o tempo de durabilidade do concreto asfltico

modificado com polmero SBS de 10 a 12 anos enquanto o no modificado tem

durabilidade de 6 a 8 anos. VIMIEIRO et. al. (2013)

5. Concluso

O processo de produo do concreto asfltico um processo complexo que envolve

vrias operaes unitrias e tcnicas de transferncia de calor. A insero do

polmero melhora consideravelmente as caractersticas do produto final, garantindo

uma melhor resistncia a intempries e aumentando sua durabilidade. Apesar do

custo adicional gerado com o acrscimo do polmero como matria prima, a

qualidade do produto final e a reduo de manutenes, obras, melhorias no trnsito

e at possivelmente reduo no nvel de acidentes, garante a sua viabilidade.

6. Referncia Bibliogrfica

ALLINGER, N.L. Qumica Orgnica. 2 ed. Editora Guanabara, 1978, Rio de

Janeiro-RJ.

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BERNUCCI, L. L. B. et. al. ABED-Associao Brasileira das Empresas

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DIAS, F. e BELTRAN, F. Seriola 1510, leo mineral para transferncia de calor.

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So Carlos-SP.

OLIVEIRA, A. M. S.; BRITO, S. N. A Geologia de Engenharia, 1 ed., 3

reimpresso, 2010, So Paulo-SP.

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SILVA, L. S. et al. Simulao de Envelhecimento UV em Ligantes Asflticos. In:

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VIMIEIRO, I. et. al. Reutilizao de Pneus Inservveis na Pavimentao Asfltica,

Centro Universitrio UNA, 2013, Belo Horizonte-MG.