Denna rapport utreder möjligheten att implementera avfallsplast, specifikt polyeten, som polymertillsats i svenska asfaltvägar. Tekniken, med avseende på avfallsplast, används idag i begränsad utsträckning i andra länder samt utreds på flera håll som en möjlig metod att främja hållbar utveckling genom att öka materialåtervinningen av plast. I Sverige förbränns idag en stor mängd plast för energiåtervinning och införandet av metoden skulle, förutsatt att den ersätter en del av energiåtervinningen, bidra till att minska växthusgasutsläpp från fossila material. Det används idag jungfruliga polymerer som tillsatser i vägmaterial tillsammans med bitumen som utvinns ur råolja, införandet av metoden kan således även substituera uttag av fossila råvaror. För att inhämta resultatet har en litteraturstudie tillsammans med intervjuer med representativa experter inom området utförts. Resultatet redogör för plasters egenskaper och hur dessa fördelaktigt samverkar med, och kan integreras i, asfaltmaterial. Vidare hur dessa egenskaper bidrar till att klimatanpassa vägbyggnationer, leva upp till kravställningen på vägar samt hur egenskaperna utreds genom olika mätmetoder. Även negativa aspekter som kan uppstå kopplat till miljö- och hälsorisker redogörs för. Ett urval av aktuella aktörer som berörs av implementeringen presenteras ur konkurrens- och synergiperspektiv samt med en beskrivning av verksamhetens mål och drivkrafter kopplat till metoden. En stor del av aktörsperspektivet inhämtades från de genomförda intervjuerna med representanter inom asfaltindustrin, bitumentillverkning och innovations- och kemiindustrierna. Inställningen till implementeringen i syfte att arbeta med hållbar utveckling bedöms vara försiktigt positiv på grund av höga krav på sorteringsgrad, jämnhet hos materialströmmar samt eventuella följdproblem som kan följa av införandet. Däremot har tekniken visat sig vara positiv ur ett prestandahöjande perspektiv för vägen genom att vidga tillgängligt temperaturområde, öka åldrings-, deformations- och nötningsresistens samt vattenbeständigheten. För att göra en mer rättmätig bedömning, och ytterligare slutsatser, krävs vidare studier för att undersöka de långsiktiga effekterna av att tillämpa metoden i svenska vägar. / This report investigates the possibility to implement plastic waste, specifically polyethylene, as a polymer additive in Swedish asphalt roads. The technique, when applied with waste plastic, is used to a limited extent in other countries and is investigated as a method in order to forward sustainable development by increasing material recycling of plastics. A large quantity of plastics is incinerated for energy recovery in Sweden today and introducing the method would, given that it replaces parts of the energy recovery method, contribute to decrease greenhouse gas emissions derived from fossil materials. Today virgin polymers are used as additives in road materials as well as bitumen that is extracted from crude oil, introducing the method could therefore substitute the outtake of fossil raw materials. In order to obtain the result a literature review was carried out along with interviews with representative experts related to the area. The result presents properties of plastics and how these can beneficially cofunction and integrate with asphalt material. Furthermore, how these properties contribute to adapt the road to climatic changes, achieve overall related demands and how these properties are measured. Negative environmental and health aspects related to the method are also presented. A selection of would-be affected actors are portrayed with regards to competition and synergies as well as overall goals and driving factors related to the method. A large portion of the chapter portraying actors is based on the information collected during the interviews with representatives from the asphalt industry, bitumen manufacturers and the Chemical and innovation companies. The overall outlook on implementing the method in order to forward sustainable development is considered carefully optimistic, due to high requirements on consistent material streams and potential problems that can arise from the implementation. The technique has been proven to be beneficial regarding performance by broadening the available temperature range as well as increasing resistance towards aging, deformation, wear and water. In order to more precisely analyse and make conclusions regarding the method further studies regarding long-time effects in Swedish roads are needed.

A adição de modificadores no ligante asfáltico visando melhorar o seu comportamento é uma prática comum atualmente. Existem vários tipos de modificadores, entre eles o mais utilizado nas rodovias federais brasileiras é o copolímero SBS. Além dos polímeros, o ácido polifosfórico (PPA) é outro tipo de modificador que produz boas características quando adicionado ao ligante asfáltico. Apesar do efeito positivo, sabe-se que este material é importado, o que dificulta sua aquisição e pode tornar o produto final muito caro. Tendo em vista a possibilidade de se trabalhar com um produto de mesma base, mas de origem nacional, o que o tornaria o modificador mais acessível, optou-se por verificar o comportamento da adição de ácido fosfórico (PA85) ao ligante asfáltico. Sendo assim, o propósito desta tese é analisar o efeito da adição de ácidos fosfóricos no comportamento reológico de ligantes asfálticos puros e modificados com o copolímero SBS. Para tanto, realizou-se ensaios empíricos e reológicos com o intuito de verificar o comportamento destes materiais. Na primeira parte da pesquisa, dois ligantes asfálticos de base, CAP50/70 de classificação PG64-XX, (Replan e Lubnor), foram modificados somente com a adição dos dois ácidos (PPA e PA85), enquanto na segunda parte esses ligantes asfálticos de base foram modificados com o copolímero SBS com ou sem a presença dos ácidos. Os ensaios avaliados foram penetração, ponto de amolecimento, viscosidade rotacional, ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR), LAS modificado, e estabilidade à estocagem. De maneira geral, a adição dos modificadores melhora o comportamento dos ligantes asfálticos, tendo em vista que melhoram a recuperação, ficam menos sensíveis à deformação permanente e são mais tolerantes à fadiga. Pode-se constatar que o tipo de ligante asfáltico de base influencia diretamente o comportamento dos materiais, independente dos modificadores adicionados. A adição dos modificadores foi mais expressiva no ligante asfáltico proveniente da Replan. Em relação aos ácidos, conclui-se que a adição do PA85 foi satisfatória, uma vez que apresentou comportamento semelhante ao do ácido PPA, porém com efeito um pouco menos expressivo. A adição dos ácidos melhorou a estabilidade à es tocagem dos ligantes asfálticos modificados, e pode-se constatar que a adição de um destes modificadores permite a redução do teor do copolímero SBS. Quanto à capacidade de suporte de tráfego, a adição de altos teores desses modificadores não é viável, devido ao fato de apresentarem suporte similar a ligantes asfálticos modificados com teores baixos e intermediários. / The addition of modifiers in asphalt binder to improve its behavior is a common practice nowadays. There are many types of modifiers, among them the most used in the Brazilian federal highways is the SBS copolymer. In addition to polymers, polyphosphoric acid (PPA) is another type of modifier that produces good characteristics when added to asphalt binder. Despite the positive effects, it is known that this material is imported, which makes its purchase as well as the final product very expensive. Considering the opportunity to work with a product with the same basic component, but of national origin, which would make it the most affordable modifier, the present study decided to verify the behavior of the addition of phosphoric acid (PA85) to the asphalt binder. Therefore, the purpose of this thesis is to analyze the effect of the addition of phosphoric acid to the rheological behavior of pure and modified asphalt binders with the SBS copolymer. For both, empirical and rheological tests were conducted in order to verify the behavior of these materials/substances. In the first part of the research, two asphalt binders base CAP50/70 asphalt binder graded PG64-XX (Replan and Lubnor) were modified only with the addition of the two acids (PPA and PA85), while in the second part of these asphalt binders base were modified with SBS copolymer with or without the presence of acids. The tests evaluated penetration, softening point, rotational viscosity, multiple stress creep and recovery (MSCR), LAS modified, and storage stability. In general, the addition of the modifiers enhances the behavior of the asphalt binders, for they improve recovery, are less susceptible to rutting and are more resistant to fatigue. It was found that the type of asphalt binder base directly influences the behavior of materials, regardless of added modifiers. The addition of modifiers was greater in the asphalt binder from the Replan. Compared to acids, it is concluded that the addition of PA85 was satisfactory, since the performance was similar to the PPA acid behavior, but with slightly less significant effect. The addition of acid improved the storage stability of the modified asphalt binders, and it was found that the addition of such modifiers allows reducing the content of the SBS copolymer. Regarding the ability to support traffic, the addition of high levels of these modifiers is not feasible because they show similar support for modified asphalt binders with low and intermediate levels.

O ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) é resultado do aperfeiçoamento do ensaio de fluência repetida e recuperação (RCRT) pela Administração Rodoviária Federal dos Estados Unidos (FHWA) e tem por objetivo avaliar o percentual de recuperação, a compliância não-recuperável e a dependência dos ligantes asfálticos, especialmente os modificados, quanto ao nível de tensão. O MSCR foi utilizado neste estudo para caracterizar o comportamento fluência-recuperação de diversos ligantes asfálticos modificados virgens e envelhecidos a curto prazo. Foi empregado o procedimento da norma ASTM D7405, que prescreve os tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s, e avaliada a influência do aumento dos tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s para 2 e 18 s nas propriedades dos ligantes asfálticos envelhecidos a curto prazo. Além dos resultados destes ensaios, foram utilizados os valores de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade rotacional, penetração retida, incremento do ponto de amolecimento, incremento de viscosidade e perda de massa para verificar quais ligantes asfálticos apresentam melhor comportamento à luz das propriedades e parâmetros considerados. Foram preparados doze materiais modificados e de classificação PG 76-XX tendo como base um CAP 50/70 de classificação PG 64-XX: CAP+PPA, CAP+Elvaloy+PPA, CAP+borracha, CAP+borracha+PPA, CAP+SBS, CAP+SBS+PPA, CAP+EVA, CAP+EVA+PPA, CAP+PE, CAP+PE+PPA, CAP+SBR e CAP+SBR+PPA. O CAP+Elvaloy+PPA apresenta, em um contexto geral, o melhor desempenho nas propriedades e parâmetros analisados em virtude dos bons resultados do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável e das menores sensibilidades à tensão. O CAP+PE apresenta o pior desempenho geral dentre os materiais estudados, na medida em que os resultados do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável deste ligante asfáltico são ruins e as sensibilidades ao aumento nos tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s para 2 e 18 s são elevadas. Ao ordenar os ligantes asfálticos do melhor para o pior à luz das propriedades e parâmetros considerados, o resultado é: CAP+Elvaloy+PPA, CAP+EVA, CAP+EVA+PPA, CAP+PPA, CAP+borracha+PPA, CAP+SBR+PPA, CAP+SBS+PPA, CAP+SBS, CAP+PE+PPA, CAP+borracha, CAP+SBR, CAP 50/70 e CAP+PE. / The multiple stress creep and recovery (MSCR) test is the result of a refinement of the repeated creep and recovery test (RCRT). This refinement was performed by the United States Federal Highway Administration (FHWA) with the aim of evaluating the percent recovery, the non-recoverable compliance and the stress dependency of asphalt binders, especially the modified ones. The MSCR test was applied in this study in order to characterize the creep-recovery behavior of unaged and short-term aged modified asphalt binders. The test procedure prescribed in ASTM D7405 specification was adopted and, to evaluate the influence of a greater creep-recovery time in the behavior of asphalt binders, the creep and recovery times of 2 and 18 s were also adopted in additional tests. The results of these tests, as well as the penetration, softening point, rotational viscosity, retained penetration, softening point increase, viscosity increase and mass loss data and mixing and compaction temperatures, were used with the objectives of ranking the asphalt binders and checking the ones with the best results in the parameters and properties considered. By using a PG 64-XX base asphalt-binder of 50/70 penetration grade, the following PG 76-XX odified asphalt binders were prepared: AC+PPA, AC+Elvaloy+PPA, AC+crumb rubber, AC+crumb rubber+PPA, AC+SBS, AC+SBS+PPA, AC+EVA, AC+EVA+PPA, AC+PE, AC+PE+PPA, AC+SBR and AC+SBR+PPA. In general, AC+Elvaloy+PPA has the best results in the parameters and properties considered in this study, especially due to the good results in the percent recovery and non-recoverable compliance and the lower stress sensitivity. In general, AC+PE has the worst results among the asphalt binders considered in this work, due to the facts that the percent recovery and non-recoverable compliance results are not good and the sensitivities to the creep-recovery times are high. By taking the results of this study and ranking the asphalt binders from the best to the worst, the following sequence is obtained: AC+Elvaloy+PPA, AC+EVA, AC+EVA+PPA, AC+PPA, AC+crumb rubber+PPA, AC+SBR+PPA, AC+SBS+PPA, AC+SBS, AC+PE+PPA, AC+crumb rubber, AC+SBR, neat AC and AC+PE.

O envelhecimento dos ligantes asfálticos possui uma grande influência sobre as propriedades mecânicas das misturas asfálticas. As especificações atuais limitam determinados índices ou parâmetros de envelhecimento, visando contornar o endurecimento excessivo do ligante asfáltico, porém, não levam em conta o efeito da radiação ultravioleta (UV). O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito dos envelhecimentos termo-oxidativo e foto-oxidativo sobre as propriedades reológicas de um CAP puro e 11 ligantes asfálticos modificados, incluindo polímeros elastoméricos e plastoméricos, borracha moída de pneus e ácido polifosfórico, incluindo também combinações destes aditivos. Os ligantes asfálticos, com classificação por grau de desempenho PG 76-XX, preparados com base em um CAP 50-70 com classificação PG 64-22, foram previamente envelhecidos a curto prazo na estufa RTFO e posteriormente submetidos ao envelhecimento foto-oxidativo em uma estufa UV sob dois níveis de radiação, 0,68 W/m² e 1,00 W/m², por um período de 240 h. Para efeitos de comparação dos resultados, as mesmas amostras foram submetidas ao envelhecimento termo-oxidativo na estufa PAV. As amostras virgens e envelhecidas a curto prazo foram caracterizadas por meio de ensaios empíricos. Os resíduos obtidos nos envelhecimentos foram submetidos a ensaios no reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR). Propriedades reológicas dos ligantes asfálticos foram analisadas por meio de curvas-mestre e do ensaio de fadiga LAS. Algumas amostras foram caracterizadas quimicamente por meio de espectroscopia no infravermelho (FTIR), cromatografia por permeação em gel (GPC) e do fracionamento SARA. Para a maioria das amostras os procedimentos PAV e UV a 0,68 W/m² apresentam certa equivalência, em termos da capacidade de alterar as propriedades reológicas analisadas. O ligante asfáltico que mostrou ser menos sensível ao envelhecimento PAV foi o CAP+SBR, o que demonstrou ser menos sensível ao envelhecimento UV a 0,68 W/m² foi o CAP+EVA, e o que demonstrou menor sensibilidade ao envelhecimento UV a 1,00 W/m² foi o CAP+SBS. O CAP+SBS+PPA foi a amostra que apresentou maior sensibilidade ao envelhecimento PAV e UV a 1,00 W/m². / Aging of the asphalt binders has a great influence on the mechanical properties of asphalt mixtures. The current specifications establish limits for some indexes or aging parameters in an attempt to avoid the excessive hardening of the asphalt binder; however, they do not take into account the effects of ultraviolet (UV) irradiation. The objective of this study is to analyze the impact of thermo-oxidative and UV aging methods on the rheological properties of a base asphalt cement (AC) and 11 formulations prepared with additives, i. e., elastomeric and plastomeric polymers, ground tire rubber and polyphosphoric acid. Combinations these additives were also included in the study. The modified asphalt binders are graded as PG-76 XX in the Superpave specification, whereas the 50-70 base AC is graded as PG 64-22 in the same specification. The materials were first aged in the rolling thin-film oven (RTFO), and then submitted to photo-oxidative aging in an UV oven at two irradiation levels (0.68 W/m² and 1.00 W/m²) for 240 h. For comparison purposes, these formulations were also subjected to thermo-oxidative aging in the pressurized aging vessel (PAV). The unaged and short-term aged samples were characterized by means of empirical tests. The residues obtained in the RTFOT, PAV e UV aging methods were tested in the dynamic shear rheometer (DSR). The rheological properties of asphalt binders were analyzed by means of master curves and the linear amplitude sweep (LAS) fatigue test. Some samples were chemically characterized by the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the gel permeation chromatography (GPC) and the SARA fractionation techniques. The PAV and the UV procedures at 0.68 W/m² show some similarities for many formulations in terms of the ability to change their rheological properties. The AC+SBR was found to be less sensitive to PAV aging than the other studied binders, whereas the AC+EVA was the less sensitive material to UV aging at 0.68 W/m² and the AC+SBS showed the lowest sensitivity to UV aging at 1.00 W/m². The AC+SBS+PPA was the most sensitive formulation to PAV and UV aging at 1.00 W/m².

A adição de modificadores no ligante asfáltico visando melhorar o seu comportamento é uma prática comum atualmente. Existem vários tipos de modificadores, entre eles o mais utilizado nas rodovias federais brasileiras é o copolímero SBS. Além dos polímeros, o ácido polifosfórico (PPA) é outro tipo de modificador que produz boas características quando adicionado ao ligante asfáltico. Apesar do efeito positivo, sabe-se que este material é importado, o que dificulta sua aquisição e pode tornar o produto final muito caro. Tendo em vista a possibilidade de se trabalhar com um produto de mesma base, mas de origem nacional, o que o tornaria o modificador mais acessível, optou-se por verificar o comportamento da adição de ácido fosfórico (PA85) ao ligante asfáltico. Sendo assim, o propósito desta tese é analisar o efeito da adição de ácidos fosfóricos no comportamento reológico de ligantes asfálticos puros e modificados com o copolímero SBS. Para tanto, realizou-se ensaios empíricos e reológicos com o intuito de verificar o comportamento destes materiais. Na primeira parte da pesquisa, dois ligantes asfálticos de base, CAP50/70 de classificação PG64-XX, (Replan e Lubnor), foram modificados somente com a adição dos dois ácidos (PPA e PA85), enquanto na segunda parte esses ligantes asfálticos de base foram modificados com o copolímero SBS com ou sem a presença dos ácidos. Os ensaios avaliados foram penetração, ponto de amolecimento, viscosidade rotacional, ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR), LAS modificado, e estabilidade à estocagem. De maneira geral, a adição dos modificadores melhora o comportamento dos ligantes asfálticos, tendo em vista que melhoram a recuperação, ficam menos sensíveis à deformação permanente e são mais tolerantes à fadiga. Pode-se constatar que o tipo de ligante asfáltico de base influencia diretamente o comportamento dos materiais, independente dos modificadores adicionados. A adição dos modificadores foi mais expressiva no ligante asfáltico proveniente da Replan. Em relação aos ácidos, conclui-se que a adição do PA85 foi satisfatória, uma vez que apresentou comportamento semelhante ao do ácido PPA, porém com efeito um pouco menos expressivo. A adição dos ácidos melhorou a estabilidade à es tocagem dos ligantes asfálticos modificados, e pode-se constatar que a adição de um destes modificadores permite a redução do teor do copolímero SBS. Quanto à capacidade de suporte de tráfego, a adição de altos teores desses modificadores não é viável, devido ao fato de apresentarem suporte similar a ligantes asfálticos modificados com teores baixos e intermediários. / The addition of modifiers in asphalt binder to improve its behavior is a common practice nowadays. There are many types of modifiers, among them the most used in the Brazilian federal highways is the SBS copolymer. In addition to polymers, polyphosphoric acid (PPA) is another type of modifier that produces good characteristics when added to asphalt binder. Despite the positive effects, it is known that this material is imported, which makes its purchase as well as the final product very expensive. Considering the opportunity to work with a product with the same basic component, but of national origin, which would make it the most affordable modifier, the present study decided to verify the behavior of the addition of phosphoric acid (PA85) to the asphalt binder. Therefore, the purpose of this thesis is to analyze the effect of the addition of phosphoric acid to the rheological behavior of pure and modified asphalt binders with the SBS copolymer. For both, empirical and rheological tests were conducted in order to verify the behavior of these materials/substances. In the first part of the research, two asphalt binders base CAP50/70 asphalt binder graded PG64-XX (Replan and Lubnor) were modified only with the addition of the two acids (PPA and PA85), while in the second part of these asphalt binders base were modified with SBS copolymer with or without the presence of acids. The tests evaluated penetration, softening point, rotational viscosity, multiple stress creep and recovery (MSCR), LAS modified, and storage stability. In general, the addition of the modifiers enhances the behavior of the asphalt binders, for they improve recovery, are less susceptible to rutting and are more resistant to fatigue. It was found that the type of asphalt binder base directly influences the behavior of materials, regardless of added modifiers. The addition of modifiers was greater in the asphalt binder from the Replan. Compared to acids, it is concluded that the addition of PA85 was satisfactory, since the performance was similar to the PPA acid behavior, but with slightly less significant effect. The addition of acid improved the storage stability of the modified asphalt binders, and it was found that the addition of such modifiers allows reducing the content of the SBS copolymer. Regarding the ability to support traffic, the addition of high levels of these modifiers is not feasible because they show similar support for modified asphalt binders with low and intermediate levels.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / It is certain that most of Brazilian highways are under unfavorable conditions of trafficability. Technological developments led to a large increase in load capacity of trucks, resulting in higher impacts on the highways. Another factor to be considered in this degradation process of pavements is climatic variations, very common in Brazil. Among many types of defects found on Brazilian highways, one deserves special attention, the fatigue cracking. Aiming to investigate this problem, this study aimed to study the fatigue phenomenon in laboratory for asphalt mixture used in the field (Av. Hélvio Basso, Santa Maria-RS) and evaluate in laboratory its possible improvement using polymer modified binder before to fatigue performance at three different temperatures: 10°C, 25°C and 35°C. Three asphalt mixtures were prepared in the la, two conventional binder used in the monitored section (CACAMPO asphalt content in the field, and CALAB 50/70 asphalt content obtained in laboratory dosage), and a third polymer modified binder with (CALAB 60/85-E). Mixtures reproduced in the laboratory were prepared according to the Marshall methodology and the materials were characterized according to traditional experiments. For all mixtures, the volumetric parameters were determined, stability, fluency, adhesion, Indirect Tensile Streght, Total Resilience Moduli and performance to fatigue by indirect tensile stress under controlled mode. These last three were held at the three test testing temperatures. In the laboratory, it was evident the improvement in thermal susceptibility properties and stability of the mixture by using the modified binder polymer, providing a blend less susceptible to variations in temperature and stable at high temperatures. The results obtained in the laboratory demonstrated the superiority of the mixture CALAB 60/85 E, for the three temperatures studied, with emphasis on the destructive tests at the higher temperature. The rigidity of the mixtures, measured by the resilience module, showed little influence by the use of the modified binder, however, showed very different behavior with variation in temperature. Regarding the fatigue performance, the modified blends proved to be far superior than the conventional mix, ensuring an increase in service life for the three temperatures studied, specially for the temperature of 35°C. The temperature variation of the test proved to be very crucial in the fatigue performance of the asphalt mixture, which is inversely proportional to the temperature increase. At the end of the study, it is concluded that the use of polymer modified binders for can be a great option to improve the performance of asphalt mixtures against the fatigue rupture mechanism and it can be used successfully in regions with large temperature variations. Thus, it is possible to ensure an increase in the service life of the asphalt layer and therefore to the pavement as a whole. / É notório que grande parte das rodovias brasileiras encontram-se em condições desfavoráveis de trafegabilidade. A evolução tecnológica permitiu um grande aumento da capacidade de carga dos caminhões, refletindo em maiores solicitações nas rodovias. Outro fator a ser considerado neste processo degradativo dos pavimentos são as variações climáticas, muito presentes no Brasil. Dentre tantos tipos de defeitos encontrados nas rodovias brasileiras, um deles merece destaque especial, a degradação por fadiga. Com intuito de investigar tal problema, o presente trabalho teve como propósito estudar o fenômeno de fadiga em laboratório para uma mistura asfáltica utilizada em campo (Av. Hélvio Basso, Santa Maria-RS) e avaliar, em laboratório, a sua possível melhora pelo uso de ligante modificado por polímero perante o seu desempenho à fadiga, em três temperaturas distintas: 10°C, 25°C e 35°C. Foram preparadas em laboratório três misturas asfálticas, duas com o ligante convencional utilizado no trecho monitorado (CACAMPO, teor de asfalto de campo, e CALAB 50/70, teor de asfalto obtido em dosagem de laboratório) e uma terceira, com ligante modificado por polímero (CALAB 60/85-E). As misturas foram preparadas conforme a Metodologia Marshall e os insumos foram caracterizados de acordo com ensaios tradicionais. Para todas as misturas, determinram-se os parâmetros volumétricos, estabilidade, fluência, adesividade, Resistência à Tração indireta, Módulo de Resiliência total e desempenho à fadiga por tração indireta à tensão controlada. Estes três últimos foram realizados nas três temperaturas de ensaio. Em laboratório, ficou evidente a melhora das propriedades de suscetibilidade térmica e estabilidade da mistura pelo uso do ligante modificado por polímero, proporcionando uma mistura menos suscetível às variações de temperatura e mais estável a temperaturas elevadas. Os resultados obtidos em laboratório demonstraram a superioridade da mistura CALAB 60/85-E, para as três temperaturas analisadas, com ênfase para os ensaios destrutivos à temperatura mais elevada. A rigidez das misturas, medida pelo Módulo de Resiliência, mostrou-se pouco influenciável pela utilização do ligante modificado, porém, apresentou comportamentos bem distintos com a variação da temperatura. Quanto ao desempenho à fadiga, as misturas modificadas apresentaram-se muito superiores às convencionais, garantindo um incremento na vida de serviço para as três temperaturas analisadas, sendo este, mais evidente para a temperatura de 35°C. A variação da temperatura de ensaio mostrou-se bastante determinante no desempenho à fadiga das misturas asfálticas, sendo este, inversamente proporcional ao aumento de temperatura. Ao término do estudo, conclui-se que o emprego de ligantes modificados por polímero pode ser uma ótima opção de melhora do desempenho de misturas asfálticas frente ao mecanismo de ruptura por fadiga, podendo ser utilizado com sucesso em regiões que apresentam grandes variações térmicas. Desta forma, garantindo um incremento na vida de serviço do revestimento asfáltico e consequentemente ao pavimento como um todo.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-18T12:00:27Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3670112 bytes, checksum: d762a13cb07012ebb6bb3db0a6e3d4d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T12:00:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3670112 bytes, checksum: d762a13cb07012ebb6bb3db0a6e3d4d6 (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The accumulated water on pavement surfaces is one of the factors responsible for the occurrence of traffic accidents, as it reduces the tire-pavement interface friction. The use of porous asphalt mixtures can increase road safety because it increases the adherence between a vehicle's tires and the pavement, especially in a wet highway, owing to its high drainage capacity. Accordingly, this research had the purpose of analyzing the use of polyethylene terephthalate (PET) waste as an alternative of additives to porous asphalt mixtures. The work method consisted of materials characterization, determination of the optimum binder content, production of three kinds of asphalt mixtures (conventional, with the addition of PET, and with polymer asphalt) and the performance of draindown tests, moisture susceptibility, resilient modulus, flow number, fatigue test, permeability to the asphalt mixtures, in their respective optimum binder contents. The PET was added to the mixtures by a dry process in the proportions of: 0; 0,33; 0,5; 0,75 e 1% regarding to the weight of the aggregates. The asphalt mixtures with polymer asphalt were taken as reference. Considering the mixtures design, additions of 0,75% PET up carried out the lowest optimum binder content. Besides that, the addition of PET contributed for a binder draindown inhibition and improved the mixtures performance regarding to moisture susceptibility. The PET additivated mixtures presented an increasing in the resilient modulus and a tendency of a longer fatigue life at low tension levels and high number of load applications. However, the mixtures are susceptible to rutting, even though presenting stiffening. Concerning to permeability, the execution of only one test became inconclusive. Although, it was verified that PET can present viability of being used as additive porous asphalt mixtures. / A água acumulada sobre a superfície do pavimento é uma das responsáveis pela ocorrência de acidentes em rodovias, por reduzir o atrito na interface pneu-pavimento. A adoção de misturas asfálticas porosas pode aumentar a segurança viária, pois seu uso favorece a aderência entre os pneus dos veículos e o pavimento, especialmente em pista molhada, tendo em vista a sua alta capacidade de drenagem. Diante disso, esta pesquisa objetivou analisar o uso de resíduos de politereftalato de etileno (PET) como aditivo para misturas asfálticas porosas. O método de trabalho consistiu na realização de ensaios de caracterização dos materiais utilizados, determinação do teor de projeto de ligante asfáltico, confecção de três tipos de misturas asfálticas (convencional, com adição de PET e com asfalto polímero) e realização de ensaios de escorrimento, dano por umidade induzida, módulo de resiliência, deformação permanente, vida de fadiga e permeabilidade para as misturas asfálticas, em seus respectivos teores de projeto de ligante asfáltico. A adição de PET nas misturas foi realizada via processo seco nas proporções 0,00; 0,33; 0,50; 0,75 e 1,00% em relação ao peso dos agregados. As misturas asfálticas com asfalto modificado por polímero foram tomadas como referência, tendo em vista a preferência do uso desse tipo de ligante em misturas porosas. Em termos de dosagem, adições de PET em até 0,75% resultaram na redução do teor de projeto de ligante asfáltico. Além disso, o PET contribuiu para a inibição do escorrimento do ligante e favoreceu o desempenho das misturas em relação ao dano por umidade induzida. As misturas aditivadas com PET apresentaram um aumento no módulo de resiliência e uma tendência de maior vida de fadiga para baixos níveis de tensões e elevadas repetições de carga. Porém, mostraram-se suscetíveis à deformação permanente, mesmo tendo apresentado um maior enrijecimento. Quanto a permeabilidade, é necessário a realização de mais ensaios de modo a garantir uma melhor confiabilidade nos resultados. De todo modo, pôde-se verificar que o PET pode apresentar viabilidade de ser utilizado como aditivos em misturas asfálticas porosas.

Made available in DSpace on 2015-04-11T13:47:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TAYANA_CUNHA.pdf: 3246935 bytes, checksum: 4bfd4e26cc31d0040eded3e0c0d04580 (MD5) Previous issue date: 2011-02-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study in question has researched the chemical and rheological properties of pure asphalt binder in Manaus (CAP 50/70-REMAN), and when modified with agents: synthetic polymer - a styrene-butadiene copolymer (SBS), natural fiber of fruits rind of Couepia edulis (Prance) (FCC) and antioxidant additive - fat Virola surinamensis - ucuúba (GU), aiming to bring benefits to the asphalt used in the region, as from the oxidative stress and heat, as well as a better performance of asphalt mixtures used in the process champion. Were determinate the properties of degradation and stabilization by thermal analysis - Termogravimetira (TG) and Differential Scanning Calorimetry (DSC), rheology, through Rheometer Dynamic Shear (Shear Rheometer Dynamical - DSR) under the parameters established in the specifications SUPERPAVE the aging process by thermoxidized (RTFOT) beyond the traditional characterization advocated by the National Petroleum Agency - ANP. The addition of modifying agents affected the physical, chemical and rheological properties, the main results: reduction in penetration rate, increase in softening point, good thermal stability and miscibility with the CAP, a significant increase in G* at low frequencies and decrease in tan δ, and the elevation of viscosity for the modified binders, but less pronounced by the presence of additive (GU). / comercializado em Manaus (CAP 50/70-REMAN), e quando modificado com os agentes: polímero sintético - copolímero de estireno e butadieno (SBS), fibra natural oriunda da casca da castanha de cutia (FCC) - Couepia edulis (Prance) e com aditivo antioxidante - gordura de Virola surinamensis ucuúba (GU), visando trazer benefícios ao asfalto utilizado na região, quanto ao efeito oxidativo e térmico, bem como quanto a um melhor desempenho das misturas asfálticas empregadas nas vias manauaras. Foram determinadas as propriedades de degradação e estabilização, pela análise térmica Termogravimetira (TG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), o comportamento reológico, por meio do Reômetro de Cisalhamento dinâmico (Dynamical Shear Rheometer - DSR) segundo os parâmetros estabelecidos nas especificações SUPERPAVE, o envelhecimento pelo processo termoxidativo (RTFOT) além da caracterização tradicional preconizada pela Agência Nacional de Petróleo ANP. A adição de agentes modificadores afetou as propriedades físicas, químicas e reológicas, tendo como principais resultados: redução nos índice de penetração, aumento no ponto de amolecimento, boa estabilidade térmica e miscibilidade com o CAP, aumento significativo no G* em baixas freqüências e diminuição na tan δ, além da elevação da viscosidade para os ligantes modificados, porém menos pronunciada pela presença de aditivo (GU).

O ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) é resultado do aperfeiçoamento do ensaio de fluência repetida e recuperação (RCRT) pela Administração Rodoviária Federal dos Estados Unidos (FHWA) e tem por objetivo avaliar o percentual de recuperação, a compliância não-recuperável e a dependência dos ligantes asfálticos, especialmente os modificados, quanto ao nível de tensão. O MSCR foi utilizado neste estudo para caracterizar o comportamento fluência-recuperação de diversos ligantes asfálticos modificados virgens e envelhecidos a curto prazo. Foi empregado o procedimento da norma ASTM D7405, que prescreve os tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s, e avaliada a influência do aumento dos tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s para 2 e 18 s nas propriedades dos ligantes asfálticos envelhecidos a curto prazo. Além dos resultados destes ensaios, foram utilizados os valores de penetração, ponto de amolecimento, viscosidade rotacional, penetração retida, incremento do ponto de amolecimento, incremento de viscosidade e perda de massa para verificar quais ligantes asfálticos apresentam melhor comportamento à luz das propriedades e parâmetros considerados. Foram preparados doze materiais modificados e de classificação PG 76-XX tendo como base um CAP 50/70 de classificação PG 64-XX: CAP+PPA, CAP+Elvaloy+PPA, CAP+borracha, CAP+borracha+PPA, CAP+SBS, CAP+SBS+PPA, CAP+EVA, CAP+EVA+PPA, CAP+PE, CAP+PE+PPA, CAP+SBR e CAP+SBR+PPA. O CAP+Elvaloy+PPA apresenta, em um contexto geral, o melhor desempenho nas propriedades e parâmetros analisados em virtude dos bons resultados do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável e das menores sensibilidades à tensão. O CAP+PE apresenta o pior desempenho geral dentre os materiais estudados, na medida em que os resultados do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável deste ligante asfáltico são ruins e as sensibilidades ao aumento nos tempos de fluência e recuperação de 1 e 9 s para 2 e 18 s são elevadas. Ao ordenar os ligantes asfálticos do melhor para o pior à luz das propriedades e parâmetros considerados, o resultado é: CAP+Elvaloy+PPA, CAP+EVA, CAP+EVA+PPA, CAP+PPA, CAP+borracha+PPA, CAP+SBR+PPA, CAP+SBS+PPA, CAP+SBS, CAP+PE+PPA, CAP+borracha, CAP+SBR, CAP 50/70 e CAP+PE. / The multiple stress creep and recovery (MSCR) test is the result of a refinement of the repeated creep and recovery test (RCRT). This refinement was performed by the United States Federal Highway Administration (FHWA) with the aim of evaluating the percent recovery, the non-recoverable compliance and the stress dependency of asphalt binders, especially the modified ones. The MSCR test was applied in this study in order to characterize the creep-recovery behavior of unaged and short-term aged modified asphalt binders. The test procedure prescribed in ASTM D7405 specification was adopted and, to evaluate the influence of a greater creep-recovery time in the behavior of asphalt binders, the creep and recovery times of 2 and 18 s were also adopted in additional tests. The results of these tests, as well as the penetration, softening point, rotational viscosity, retained penetration, softening point increase, viscosity increase and mass loss data and mixing and compaction temperatures, were used with the objectives of ranking the asphalt binders and checking the ones with the best results in the parameters and properties considered. By using a PG 64-XX base asphalt-binder of 50/70 penetration grade, the following PG 76-XX odified asphalt binders were prepared: AC+PPA, AC+Elvaloy+PPA, AC+crumb rubber, AC+crumb rubber+PPA, AC+SBS, AC+SBS+PPA, AC+EVA, AC+EVA+PPA, AC+PE, AC+PE+PPA, AC+SBR and AC+SBR+PPA. In general, AC+Elvaloy+PPA has the best results in the parameters and properties considered in this study, especially due to the good results in the percent recovery and non-recoverable compliance and the lower stress sensitivity. In general, AC+PE has the worst results among the asphalt binders considered in this work, due to the facts that the percent recovery and non-recoverable compliance results are not good and the sensitivities to the creep-recovery times are high. By taking the results of this study and ranking the asphalt binders from the best to the worst, the following sequence is obtained: AC+Elvaloy+PPA, AC+EVA, AC+EVA+PPA, AC+PPA, AC+crumb rubber+PPA, AC+SBR+PPA, AC+SBS+PPA, AC+SBS, AC+PE+PPA, AC+crumb rubber, AC+SBR, neat AC and AC+PE.

O envelhecimento dos ligantes asfálticos possui uma grande influência sobre as propriedades mecânicas das misturas asfálticas. As especificações atuais limitam determinados índices ou parâmetros de envelhecimento, visando contornar o endurecimento excessivo do ligante asfáltico, porém, não levam em conta o efeito da radiação ultravioleta (UV). O objetivo deste trabalho é avaliar o efeito dos envelhecimentos termo-oxidativo e foto-oxidativo sobre as propriedades reológicas de um CAP puro e 11 ligantes asfálticos modificados, incluindo polímeros elastoméricos e plastoméricos, borracha moída de pneus e ácido polifosfórico, incluindo também combinações destes aditivos. Os ligantes asfálticos, com classificação por grau de desempenho PG 76-XX, preparados com base em um CAP 50-70 com classificação PG 64-22, foram previamente envelhecidos a curto prazo na estufa RTFO e posteriormente submetidos ao envelhecimento foto-oxidativo em uma estufa UV sob dois níveis de radiação, 0,68 W/m² e 1,00 W/m², por um período de 240 h. Para efeitos de comparação dos resultados, as mesmas amostras foram submetidas ao envelhecimento termo-oxidativo na estufa PAV. As amostras virgens e envelhecidas a curto prazo foram caracterizadas por meio de ensaios empíricos. Os resíduos obtidos nos envelhecimentos foram submetidos a ensaios no reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR). Propriedades reológicas dos ligantes asfálticos foram analisadas por meio de curvas-mestre e do ensaio de fadiga LAS. Algumas amostras foram caracterizadas quimicamente por meio de espectroscopia no infravermelho (FTIR), cromatografia por permeação em gel (GPC) e do fracionamento SARA. Para a maioria das amostras os procedimentos PAV e UV a 0,68 W/m² apresentam certa equivalência, em termos da capacidade de alterar as propriedades reológicas analisadas. O ligante asfáltico que mostrou ser menos sensível ao envelhecimento PAV foi o CAP+SBR, o que demonstrou ser menos sensível ao envelhecimento UV a 0,68 W/m² foi o CAP+EVA, e o que demonstrou menor sensibilidade ao envelhecimento UV a 1,00 W/m² foi o CAP+SBS. O CAP+SBS+PPA foi a amostra que apresentou maior sensibilidade ao envelhecimento PAV e UV a 1,00 W/m². / Aging of the asphalt binders has a great influence on the mechanical properties of asphalt mixtures. The current specifications establish limits for some indexes or aging parameters in an attempt to avoid the excessive hardening of the asphalt binder; however, they do not take into account the effects of ultraviolet (UV) irradiation. The objective of this study is to analyze the impact of thermo-oxidative and UV aging methods on the rheological properties of a base asphalt cement (AC) and 11 formulations prepared with additives, i. e., elastomeric and plastomeric polymers, ground tire rubber and polyphosphoric acid. Combinations these additives were also included in the study. The modified asphalt binders are graded as PG-76 XX in the Superpave specification, whereas the 50-70 base AC is graded as PG 64-22 in the same specification. The materials were first aged in the rolling thin-film oven (RTFO), and then submitted to photo-oxidative aging in an UV oven at two irradiation levels (0.68 W/m² and 1.00 W/m²) for 240 h. For comparison purposes, these formulations were also subjected to thermo-oxidative aging in the pressurized aging vessel (PAV). The unaged and short-term aged samples were characterized by means of empirical tests. The residues obtained in the RTFOT, PAV e UV aging methods were tested in the dynamic shear rheometer (DSR). The rheological properties of asphalt binders were analyzed by means of master curves and the linear amplitude sweep (LAS) fatigue test. Some samples were chemically characterized by the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), the gel permeation chromatography (GPC) and the SARA fractionation techniques. The PAV and the UV procedures at 0.68 W/m² show some similarities for many formulations in terms of the ability to change their rheological properties. The AC+SBR was found to be less sensitive to PAV aging than the other studied binders, whereas the AC+EVA was the less sensitive material to UV aging at 0.68 W/m² and the AC+SBS showed the lowest sensitivity to UV aging at 1.00 W/m². The AC+SBS+PPA was the most sensitive formulation to PAV and UV aging at 1.00 W/m².