Avaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em ... · realizados no IPR antes e após repetições. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Avaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em pavimentaçãoAvaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em pavimentação

Avaliação de cimento asfáltico de Avaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em Petróleo para emprego em

pavimentaçãopavimentação

IMPERPAV Engenharia S/C Ltda.

ABCR – Associação Brasileira de Concessionárias de Rodovias

IP


Objetivo:Objetivo:

•• Avaliar o CAP desde a refinaria até o espalhamento na Avaliar o CAP desde a refinaria até o espalhamento na pista;pista;

•• Melhorar o desempenho de misturas asfálticas.Melhorar o desempenho de misturas asfálticas.

Produto:Produto:

•• Proposta de alterações de parâmetros da Especificação Proposta de alterações de parâmetros da Especificação Técnica.Técnica.


Plano de trabalho:Plano de trabalho:

•• Coleta de amostrasColeta de amostras•• Ensaios de laboratórioEnsaios de laboratório•• Análises dos resultadosAnálises dos resultados•• Proposta de alterações de parâmetros da Proposta de alterações de parâmetros da

Especificação TécnicaEspecificação Técnica


Coleta das amostras de CAPColeta das amostras de CAP

•• Local de coleta das amostras:Local de coleta das amostras:•• Refinaria:Refinaria:

•• REDUCREDUC•• REPLANREPLAN•• REVAPREVAP•• REPARREPAR•• REFAPREFAP

•• Caminhão transportadorCaminhão transportador•• Tanque da usinaTanque da usina•• Local de aplicação da mistura Local de aplicação da mistura

asfálticaasfáltica


•• Coleta de amostra de CAP na RefinariaColeta de amostra de CAP na Refinaria

-- Local da coleta.Local da coleta.-- Número da amostra.Número da amostra.-- Data da coleta.Data da coleta.-- Horário da coleta.Horário da coleta.--Temperatura da amostra. Temperatura da amostra. -- Certificado da PETROBRASCertificado da PETROBRAS

•• Coleta da amostra de CAP no caminhão Coleta da amostra de CAP no caminhão transportadortransportador

-- Nome da TransportadoraNome da Transportadora-- Identificação do veículoIdentificação do veículo-- Local da coleta.Local da coleta.-- Distância percorrida.Distância percorrida.-- Número da amostra.Número da amostra.-- Data da coleta.Data da coleta.-- Horário da coleta.Horário da coleta.--Temperatura da amostra.Temperatura da amostra.

•• Coleta de amostra de CAP no tanque da usinaColeta de amostra de CAP no tanque da usina

-- Tipo de usina.Tipo de usina.-- Nome da Construtora.Nome da Construtora.-- Local da coletaLocal da coleta-- Número da amostra.Número da amostra.-- Data da coleta.Data da coleta.-- Horário da coleta.Horário da coleta.--Temperatura da amostra.Temperatura da amostra.

•• Coleta de amostra da mistura asfálticaColeta de amostra da mistura asfáltica

-- Local da coleta.Local da coleta.-- Distância percorrida.Distância percorrida.-- Número da amostra.Número da amostra.-- Data da coleta.Data da coleta.-- Horário da coleta.Horário da coleta.--Temperatura da amostra na usina eTemperatura da amostra na usina ena pista.na pista.

Dados referentes às coletas:Dados referentes às coletas:


Foto 1- Coleta da Amostra quando do carregamento da

carreta (REVAP).

Foto 2- Medida da temperatura do CAP no momento da coleta

(REVAP).


Foto 3- Enchimento das embalagens com volume de

900ml (REVAP).

Foto 4- Aquecimento do CAP antes do descarregamento na

usina.


Foto 5- Coleta da amostra no caminhão transportador no

momento do descarregamento da usina.

Foto 6- Medida da temperatura do CAP, no tanque da usina, no

momento da usinagem.


Foto 7- Coleta do CAP, no tanque da usina, no momento da

usinagem.

Foto 8- Enchimento das embalagens com o CAP coletado

no tanque da usina.


Foto 9- Medida da temperatura da mistura asfáltica no caminhão,

na usina, no momento do carregamento.

Foto 10- Medida da temperatura asfáltica, na pista no momento do

espalhamento.


Foto 11- Coleta da mistura asfáltica na pista.


Ensaios de laboratório:Ensaios de laboratório:

Empresas executantes:Empresas executantes: IPTIPT IPRIPR Concessionária NovaDutraConcessionária NovaDutra Ipiranga AsfaltosIpiranga Asfaltos CENPESCENPES


•• Amostras de CAP coletadas nas Amostras de CAP coletadas nas RefinariasRefinarias: :

-- Caracterização completa de acordo Caracterização completa de acordo com a com a

Norma DNC 01/92Norma DNC 01/92-- Curva de HeukelonCurva de Heukelon-- Fracionamento químico RostlerFracionamento químico Rostler--Sternberg (ASTM DSternberg (ASTM D--2006)2006)-- Viscosidade absoluta após o RTFOTViscosidade absoluta após o RTFOT-- Penetração após o RTFOTPenetração após o RTFOT-- Ponto de amolecimento após o Ponto de amolecimento após o RTFOTRTFOT

•• Mistura Mistura asfálticaasfáltica recémrecém--produzidaproduzida-- Extração do CAPExtração do CAP-- Recuperação do CAP (Método de Recuperação do CAP (Método de AbsonAbson, com determinação do teor de , com determinação do teor de cinzas)cinzas)-- teor de cinzasteor de cinzas-- Viscosidade absoluta do resíduoViscosidade absoluta do resíduo-- Penetração do resíduoPenetração do resíduo-- Ponto de amolecimento do resíduoPonto de amolecimento do resíduo-- Ductilidade do resíduoDuctilidade do resíduo-- Viscosidade Viscosidade SayboltSaybolt--FurolFurol do resíduodo resíduo-- Fracionamento químico RostlerFracionamento químico Rostler--Sternberg Sternberg –– método ASTM D 2006método ASTM D 2006

•• Amostras coletadas nos caminhões Amostras coletadas nos caminhões transportadorestransportadores

-- Viscosidade absoluta a 60ºCViscosidade absoluta a 60ºC

•• Amostras coletadas nos tanques das Amostras coletadas nos tanques das usinasusinas

-- Viscosidade absoluta a 60ºCViscosidade absoluta a 60ºC

IPTIPT


IPRIPR

•• Amostras de CAP coletadas nas Refinarias Amostras de CAP coletadas nas Refinarias ••

-- Perda por aquecimento (RTFOT) Perda por aquecimento (RTFOT) –– método ASTM D 2872método ASTM D 2872-- Viscosidade absoluta antes e após o RTFOTViscosidade absoluta antes e após o RTFOT-- Penetração antes e após o RTFOTPenetração antes e após o RTFOT-- Ponto de amolecimento antes e após o RTFOTPonto de amolecimento antes e após o RTFOT


Concessionária NovaDutraConcessionária NovaDutra

•• Amostras de CAP coletadas nas RefinariasAmostras de CAP coletadas nas Refinarias

-- Destilação por arraste Destilação por arraste –– método ASTM D 255 (modificado)método ASTM D 255 (modificado)-- Penetração antes e após o ensaio de destilação por arrastePenetração antes e após o ensaio de destilação por arraste-- Ponto de amolecimento antes e após o ensaio de destilação por arrastePonto de amolecimento antes e após o ensaio de destilação por arraste-- Viscosidade SayboltViscosidade Saybolt--Furol antes e após o ensaio de destilação por arrasteFurol antes e após o ensaio de destilação por arraste-- Densidade antes e após o ensaio de destilação por arrasteDensidade antes e após o ensaio de destilação por arraste


Ipiranga AsfaltosIpiranga Asfaltos

•• Amostras de CAP coletadas nas Refinarias.Amostras de CAP coletadas nas Refinarias.-- Cromatografia IATROSCAM Cromatografia IATROSCAM --método ASTM D 4124 método ASTM D 4124 -- (SARA)(SARA)

•• Mistura asfáltica recémMistura asfáltica recém--produzida.produzida.-- Cromatografia IATROSCAM Cromatografia IATROSCAM --método ASTM D 4124 método ASTM D 4124 -- (SARA)(SARA)

•• Fração leve obtida no ensaio de destilação por arrasteFração leve obtida no ensaio de destilação por arraste-- Cromatografia IATROSCAM Cromatografia IATROSCAM –– método ASTM D 4124 método ASTM D 4124 -- (SARA)(SARA)


CENPESCENPES

•• Amostras de CAP coletadas nas Refinarias.Amostras de CAP coletadas nas Refinarias.

-- Perda por aquecimento (RTFOT) Perda por aquecimento (RTFOT) –– método ASTM D 2872método ASTM D 2872-- Viscosidade absoluta antes e após o RTFOTViscosidade absoluta antes e após o RTFOT


Transporte do CAP

Alteração da viscosidade

Refinaria

Caminhão

Usina

Distância

35km 466km

Temperatura

-9°C +14,3°C

2h

Tempo

23h


Variação da consistência do CAP durante o transporte

2° R

EVA

P

1° R

EFA

P

1° R

EDU

C

1° R

EPA

R

2° R

EPLA

N

1° R

EPLA

N

3° R

EVA

P

1° R

EVA

P

2° R

EPA

R

2° R

EDU

C

-3,5-3

-2,5-2

-1,5-1

-0,50

0,51

1,52

2,53

Varia

ção

(%)

Variação da viscosidade absoluta entreo carregamento e o descarregamento

Transporte não afetou a consistência do CAP

Avaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em pavimentaçãoAvaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em pavimentaçãoProdução da mistura Asfáltica

Teor de CAP na mistura recém-produzida

2° REVAP

1° REFAP

1° REDUC

1° REPAR

2° REPLAN

1° REPLAN

3° REVAP

1° REVAP

2° REPAR

2° REDUC

-1,5-1,4-1,3-1,2-1,1

-1-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,40,5

Varia

ção

(%)

Variação entre teor de CAP na misturarecém-produzida e o teor ótimo (%)

•Teor de CAP:

- Teor abaixo do teor ótimo

Menor Vida útil


Usinagem

Usinas

Gravimétrica Drum-mixer

Tradicional Contra-fluxo Triple-Drum


Teor de cinzas no CAP recuperado pelo método de Abson

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

REVAP REPLAN REPAR REDUC REFAP

Teor

de

Cin

zas%


Variação da viscosidade absoluta a 60°C antes e após a usinagem

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Rel

ação

da

visc

osid

ade

Gravimétrica Drum-mixer Drum-mixer contra-fluxo Triple-drum


Variação da penetração a 25°C antes e após a usinagem

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Porc

enta

gem

da

pene

traç

ão o

rigin

al

Gravimétrica Drum-mixer Drum-mixer contra-fluxo Triple-drum


Temperaturas da mistura recém-produzida, do CAP para mistura e do CAP para compactação

0102030405060708090

100110120130140150160170180190

1° REVAP 2° REVAP 3° REVAP 1° REPLAN 2° REPLAN 1° REPAR 2° REPAR 1° REDUC 2° REDUC 1° REFAP

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura da mistura recém-produzida Temperatura ótima do CAP para mistura (2P)Temperatura ótima do CAP para compactação (3P)


Oxidação do CAP

• Importante na vida útil do revestimento

CAP + Oxigênio + Temperatura alta Oxidação

Oxidação a 165°C = 4 x oxidação a 135°C

Menor Maior

Maior oxidação Menor oxidação

• Usina (Crítico no processo de oxidação)

Temperatura alta Grande superfície exposta

Oxidação acentuada

Espessura da película


Recomendações

Teor de CAP

Ótimo

Temperatura de usinagem

Baixa (VA = 2P)

Tempo de usinagem

Baixo

Tempo de transporte (Usina – Pista)

Baixo


Caracterização do CAP

Amostra da refinaria

Atendem a Especificação

Tolerância

Penetração Perda por aquecimento


Viscosidade Absoluta

• Dispersão nos resultados dos ensaios

• Ensaio extremamente sensível

Resultados dos ensaios de viscosidade absoluta a 60ºC realizados no IPT antes e após repetições.

0

50010001500

20002500300035004000

450050005500

60006500

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37Amostras

Vis

cosi

dade

Abs

olut

a a

60°C

(P)

Antes da repetiçãoApós da repetição

Resultados dos ensaios de viscosidade absoluta a 60ºC após RTFOT realizados no IPR antes e após repetições.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

5 9 17 25 29 33 37Amostras

Visc

osid

ade

Abs

olut

a a

60°C

(P)

Antes da repetiçãoApós da repetição


Heukelon

Classificação

S W B

S

W

B

Diferença na temperatura (PA – VA) ≤ 8°C


Fracionamento Químico

Métodos

(Rostler-Sternberg) ASTM D-2006 ASTM D-4124 (SARA)

ASTM D-2006

Maltenos Asfaltenos

N A1 A2 P A

ASTM D-4124

Maltenos Asfaltenos

S A R A


Índices de qualidade

ASTM D-4124 (SARA)

Índice de Gaestel < 0,5

ASTM D-2006

Sinerese Envelhecimento Durabilidade

N/P > 0,5 1,5 ≥ (N+A1)/(A2+P) ≥ 0,4 2,6 ≥ (N+A1+A2)/(A+P) ≥ 1,3


Comportamento do CAP antes e após a usinagem (Método Rostler-Sternberg)ASTM D-2006

22

17,7

21,9

17,8

21,6

18,1

31,8

23,1

31,6

24,5

23,6

19,6

23,4

19

23,3

18,1

29,8

22,6

21,8

18,7

28,3

31,3

20,3

21,1

30,5

32,1

27,7

34,1

26,9

33,1

30,8

33,3

30,5

32,5

32,3

35,9

30,5

35,1

35,3

36,7

18,3

19

25,2

27,5

18

19,1

9,1

10,9

8,7

9,4

12,2

13,9

12,5

14,6

14,1

14,8

8,5

10,4

11,3

12,8

20,3

20,7

27,9

28,7

23,9

24,6

16,2

16,6

16,6

17,3

20,4

20,3

20,8

20,7

17,2

17,8

17,2

17,7

17,8

18,3

11,3

11,3

4,7

4,9

6

6,1

15,2

15,3

16,2

15,7

13

12,9

12,8

13,2

13,1

13,4

14

14,2

13,8

13,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1º Coleta (CAP recuperado da pista)

1º Coleta (Amostra da Refinaria)



















RE

FAP

RE

DUC

REP

AR

R

EPLA

N

RE

VA

P

Asfaltenos (A) Bases Nitrogenadas (N) 1º Acidafinas (A1) 2º Acidafinas (A2) Saturados (P)



Índices de qualidade

- Índice de Gaestel

REVAP e REPAR

SOL – GEL (Próximo 0,5)

Tendem a GEL

Sensibilidade a oxidação

-Sinérese

Todos atendem

-Envelhecimento

REDUC REVAP (1º e 2º coletas)

Tendência a envelhecimento

Misturar Abertas

-Durabilidade

REDUC REVAP

(Próximo ao Limite)

Tendência a envelhecimento

Misturas Abertas


Perda por aquecimento

Avaliar a alteração da consistência do CAP na usinagem

Ensaios

ECA RTFOT

Usinagem + Vida em serviço

RTFOT

Resíduo

PAV Simula o envelhecimento em serviço(Ar pressurizado + CALOR)


-1,5-1,4-1,3-1,2-1,1

-1-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1

00,1

1º Coleta (Amostra daRefinaria)

-0,3 -0,2 -1,4 -0,01 -0,2

1º Coleta (CertficadoPetrobrás)

-0,2 -0,2 -0,7 -0,01 -0,01


-1,3 -0,2 -1,4 -0,1

2º Coleta ( CertificadoPetrobrás)

-0,7 -0,01 -0,8 -0,01


-0,7

3º Coleta (CertificadoPETROBRAS)

-0,4


Perda por aquecimento (ECA)


Perda por aquecimento - RTFOT

0

0,5

1


Perd

a po

r aq

ueci

men

to

1° Coleta 2° Coleta 3° Coleta


Variação do ponto de Amolecimento antes e após RTFOT e usinagem

0

2

4

6

8

10

12

14

1 5 33 9 13 17 21 25 37 29

Dife

renç

a do

pon

to d

e A

mol

ecim

ento

Após RTFOT Após Usina


Variação da penetração antes e após RTFOT e usinagem

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 5 33 9 13 17 21 25 37 29

% d

a pe

netr

ação

ori

gina

l

Após RTFOT Após Usina


Destilação por arraste

• Simula a extração de óleos leves do CAP na usinagem

Agregado úmido + CAP

Usinagem

Vapor de água

Destilação por arraste

Extração de óleos leves do CAP

Aumento da consistência do CAP

- 5% de umidade gera 10% de vapor (volume)

- 15% de umidade (massa) gera 35% de vapor (volume)

- CAP menos viscoso maior extração de óleos leves


Ensaio de destilação por arraste

300g de CAP

130°C

Insuflar o vapor de água

215°C (800ml de água condensada)

Pesar o resíduo

Perda superior a 1%

Possibilidade de problemas na mistura (usina Drum-mixer)


DESTILAÇÃO A VAPOR

ENSAIO DESENVOLVIDO PELOCENTRO DE PESQUISAS RODOVIÁRIAS DA NOVADUTRA, COM APOIO DA IMPERPAV.


NOSSOS AGRADECIMENTOS PELO DESENVOLVIMENTODOS EQUIPAMENTOS PARA A REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS

SANSIR CIENTÍFICATrav. Lino Mattos Gastão, 60Vila Diva – CEP 03276-017Fone: (11) 6102-0662/6104Fax: (11) 6107 6789E-mail: [email protected]


Equipamento montado


A AMOSTRA DEVE SER PESADA

ANTES E APÓS A EXECUÇÃO DO

ENSAIO.


Pesada da amostra


Colocação da amostrano Frasco


Pesagem da amostra mais frasco


COLETA DE VOLUMES SUCESSIVOS DE 100 mlDE VAPOR


TRANSFERINDO PARA O FUNIL DESEPARAÇÃO DO ÓLEO


A PARTIR DE 130ºC, A TEMPERATURA DEVE SER ELEVADA A UMA

VELOCIDADE DE 2,2ºC A 3ºC POR MINUTO, INICIANDO A APLICAÇÃO DO VAPOR A UMA VELOCIDADE DE 6 A 10

cm3/min.


Detalhe da amostra durante aExecução do ensaio


Frasco de destilaçãocom amostra


Detalhe da separação do óleo


Ao atingir 215ºC, o ensaio deve prosseguir, nessa temperatura, até completar a quantidade de vapor

preconizada.


Gerador de vaporFrasco com o manta Aquecedora elétrica

Condensador

Termômetro para controle da temperatura do ensaio


Recipiente para resfriamento da amostra destilada

Funil para coleta do óleo


Transferência do vapor condensado Para o funil de coleta de óleo


Ponto de conclusão do ensaio


Resultados dos ensaios de destilação por arraste, realizados na Concessionária NovaDutra

0

0,20,40,60,8

1

1,21,41,61,8

2

2,22,4


Perd

a em

mas

sa




0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


Porc

enta

gem

da

Pene

traç

ão O

rigin

al




0

1

2

3

4

5

6

7

8


Varia

ção

do P

onto

de

Am

olec

imen

to (°

C)



Índice de suscetibilidade térmica

Atual

-1,5 < IST < 1,0

Proposta

-1,0 < IST < 1,0

-1,6-1,5-1,4-1,3-1,2-1,1

-1-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1

00,1

1º Coleta (CertificadoPetrobras)

-0,9 -0,8 -1,3 -1,4 -0,6


-0,9 -1,1 -1 -1,1 -0,6

2º Coleta (CertificadoPetrobras)

-0,9 -1,2 -1,1 -1,5


-1,2 -1,5 -0,9 -0,8

3º Coleta (CertificadoPETROBRAS)

-0,9


-1,1



CAP

Satisfaz as especificações técnicas

Heterogêneo

Parâmetros especificados pouco contribuem na previsão do comportamento

Mais adequados

Classificação por viscosidade absoluta - Nenhum benefício-Dificuldade na realização do ensaio

PA, PN, Viscosidade técnica

Considerações finais


Proposta de Alteração da especificação

Classificação por penetração

CAP 30/45CAP 50/60CAP 85/100CAP 150/200

Variação do PA ≤ 8°C Perda por aquecimentoRTFOT

Perda ≤ 0,5%

Porcentagem da penetração original

CAP 30/45 CAP 50/60 CAP 85/100

60% 60% 55%

CAP 150/200

50%


Proposta de Alteração da especificação

Índice de suscetibilidade térmicaIST

CAP 30/45 CAP 50/60 CAP 85/100

-1,0 ≤ IST ≤ 1,0

Destilação por arraste Perda ≤ 1,0%

CAP 150/200


Certificado

Recomendações

Indicar a natureza química

-Aromático- Naftênico

Data de ensaio

- Máximo 1 dia da datade carregamento

Mistura de resíduos

Não utilizar(Sem comprovação)

- Extrato aromático- Óleo de xisto

Temperatura do CAPpara usinagem

Menor possível


CARACTERÍSTICAS UNIDADESVALORES

CAP30/45 CAP 50/60 CAP 85/100 CAP 150/200

1. Penetração(100g, 5s, 25ºC) 0,1mm 30 a 45 50 a 60 85 a 100 150 a 200

2. Ponto de amolecimento ºC 52 min. 48 min. 43 min. 37 min

3. Ductilidade a 25ºC cm 60 min. 60 min. 100 min. 100 min.

4. Efeito do calor e do ar (RTFOT)

4.1. Variação em massa % 0,5 max. 0,5 max. 0,5 max. 0,5 max.

4.2. Penetração (em relação à penetração original) % 60 min. 60 min. 55 min. 50 min.

4.3. Ponto de amolecimento (variação em relação ao ponto de amolecimento original)

ºC 8 max. 8 max. 8 max. 8 max.

5. Índice de suscetibilidade térmica -1 a +1 -1 a +1 -1 a +1 -1 a +1

6. Ponto de fulgor ºC 235 min. 235 min. 235 min. 235 min.

7. Solubilidade em tricloretileno % em massa 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min.

8. Viscosidade Saybolt furol a 135ºC s 110 min. 110 min. 85 min. 70 min.

9. Viscosidade Saybolt furol a 177ºC s 40 a 150 15 a 60 15 a 60 15 a 60

10. Destilação por arraste

10.1 Variação em massa % 1,0 max. 1,0 max. 1,0 max. 1,0 max.

O produto não deve produzir espuma quando aquecido a 175ºC.(1) Índice de suscetibilidade: (500).(LOG PEN) + (20).(T°C) - 1951

120 – (50).(LOG PEN) + (T°C)

Proposta de Especificação para o Cimento Asfáltico de Petróleo - Classificação por penetração


AgradecimentosAgradecimentos

ABCRABCR-- Eng.º Dultevir Guerreiro Vilar de MeloEng.º Dultevir Guerreiro Vilar de Melo-- Eng.º José Mário Cortes ChavesEng.º José Mário Cortes Chaves-- Eng.º Francisco Matos Bezerra LimaEng.º Francisco Matos Bezerra Lima-- Dr. Moacyr Servilha DuarteDr. Moacyr Servilha Duarte-- Adm. Carlos Alberto Felizola FreireAdm. Carlos Alberto Felizola Freire-- Eng.º Gil Firmino GuedesEng.º Gil Firmino Guedes

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Avaliação de cimento asfáltico de Petróleo para emprego em ... · realizados no IPR antes e após repetições. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000