AgÃncia Nacional do PetrÃleo / O ligante asfÃltico brasileiro oriundo de petrÃleo do Campo Fazenda Alegre (CAPFA), no estado do EspÃrito Santo, foi modificado por polÃmeros (SBS e EVA) e aditivos (Ãleo extensor, cal hidratada e LCC). As principais caracterÃsticas estruturais deste ligante puro e modificado foram analisadas utilizando-se de mÃtodos espectromÃtricos (RMN e FTIR), anÃlise tÃrmica (TGA, DSC) e microscÃpica (AFM). Os polÃmeros e aditivos foram caracterizados atravÃs da termogravimetria e calorimetria exploratÃria diferencial e por espectroscopia no infravermelho. O ligante asfÃltico modificado por polÃmeros e aditivos, e os efeitos reolÃgicos resultantes desta modificaÃÃo, tambÃm foram avaliados. A metodologia aplicada foi dirigida, principalmente, para a avaliaÃÃo das propriedades constitutivas dos materiais, utilizando-se de ensaios reolÃgicos baseados em especificaÃÃes Superpave. Os parÃmetros investigados visaram a avaliaÃÃo de problemas usuais como: deformaÃÃo
permanente, trincas tÃrmicas e oxidaÃÃo. O envelhecimento oxidativo dos asfaltos foi avaliado a partir da anÃlise dos espectros no infravermelho e de ressonÃncia magnÃtica nuclear, alÃm da variaÃÃo de parÃmetros reolÃgicos. A estabilidade tÃrmica do CAPFA (puro e modificado) e dos asfaltenos foi analisada atravÃs de curvas termogravimÃtricas.
Esta estabilidade parece ser influenciada pelas reaÃÃes secundÃrias de decomposiÃÃo e/ou oxidaÃÃo dos produtos e resÃduos formados. Foram separadas as duas principais fraÃÃes constituintes do ligante asfÃltico: os asfaltenos (17,1%) e maltenos (82,9%). O cÃlculo da massa molar dos asfaltenos atravÃs da osmÃmetria e GPC apresentou valores muito prÃximos (5963 e 6653 g/mol). Imagens do ligante obtidas atravÃs do uso da tÃcnica de microscopia de forÃa atÃmica (AFM) mostram a coexistÃncia de uma fase rica em asfaltenos em equilÃbrio. Imagens (AFM) do ligante quando modificado por polÃmero sugerem que parte da fraÃÃo maltÃnica à absorvida pelo polÃmero. O efeito mais significativo da incorporaÃÃo de polÃmeros ao asfalto à a melhoria da elasticidade. Hà uma forte correlaÃÃo entre a resistÃncia à deformaÃÃo a alta temperatura e o G*. Para o ligante asfÃltico modificado verificou-se um aumento significativo no G* em baixas freqÃÃncias, onde a rede dos polÃmeros SBS e EVA à particularmente dominante, e um pequeno decrÃscimo no G* em freqÃÃncias mais altas. Observou-se tambÃm uma diminuiÃÃo na tan δ e isto indica que ocorreu a formaÃÃo de
8 uma rede polimÃrica que proporciona ao ligante um carÃter elÃstico em temperaturas mais elevadas. A adiÃÃo dos polÃmeros SBS e EVA ao CAPFA proporcionou um aumento da rigidez e da elasticidade do ligante, mas, dentre as misturas asfÃlticas produzidas, observou-se que, antes e apÃs o envelhecimento, o ligante quando modificado por EVA e cal hidratada apresentou a maior rigidez, e quando modificado
por SBS apresentou a maior elasticidade. A susceptibilidade relativa à temperatura das misturas asfÃlticas medida atravÃs
da energia de ativaÃÃo de fluxo, mostrou que as misturas contendo EVA se degradam menos do que aquelas que contÃm SBS, uma vez que no polÃmero EVA nÃo existem duplas ligaÃÃes butadiÃnicas que se oxidam facilmente, como no caso do SBS. Os aditivos presentes nas misturas com o polÃmero EVA tambÃm contribuÃram para esta menor sensibilidade à temperatura, uma vez que a cal hidratada reduz o envelhecimento da mistura asfÃltica atravÃs da interaÃÃo com compostos polares reativos presentes no
ligante e o LCC ser um excelente antioxidante. Quanto à estabilidade à estocagem do asfalto modificado por SBS, parece ocorrer a âquebraâ da estrutura coloidal polÃmeroasfalto
em freqÃÃncias elevadas. / The Brazilian asphalt binder from Fazenda Alegre oil reserve (CAPFA) in the state of EspÃrito Santo, was modified by polymers (SBS and EVA) additives (oil extensor, hydrated lime and LCC). The main structural characteristics of this pure and modified binder were analyzed using the spectroscopic methods (RMN and FTIR),
thermal analysis (TGA, DSC) and through microscopy (AFM). The polymers and additives were characterized through thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry and infrared spectroscopy. The asphaltic binder modified by polymers and additives, and the resulting rheological effects of this modification, were also evaluated. The methodology that was applied was oriented mainly towards the evaluation of the constitutive properties of the materials, using rheological tests based on the Superpave specifications. The parameters investigated aimed the evaluation of the usual distresses such as: permanent deformation, thermal cracking and oxidation. The oxidative ageing of the asphalt was evaluated from analysis in the infrared and nuclear magnetic resonance, as well as the variations of the rheological parameters. The thermal stability of the CAPFA (pure and modified) and of the asphaltenic was analysed through the TG curves. This stability looks as if it is influenced by the secondary reactions of decomposition and/or oxidation of the products and residuals that have been formed. The two main constituent fractions of the asphaltic binder were separated: the asphaltenic (17,1%) and maltenic (82,9%). The calculation of the molar mass of the asphaltenic by osmometry and GPC demonstrated very similar values (5963 and 6653 g/mol). Images of the binders obtained through the use of atomic force microscopy (AFM) show the coexistence of a rich phase in asphaltenic in equilibrium. Images (AFM) of the binder while modified by a polymer suggest that part of the maltenic fraction is absorbed by the polymer. The most significant effect of the polymer incorporation to the asphalt was the improvement of the elasticity. There is a strong correlation between the deformation resistance at high temperature and G*. For the modified asphalt binder, a significant increase was noted in G* in lower frequencies, where a network of the polymers SBS and EVA are particularly dominant, and a small decrease on G* in higher frequencies. It was also observed a decrease in the tan δ and this indicates that the formation of a 10 polymeric network, which gives the binder an elastic stability at higher temperatures, has occurred. The addition of SBS and EVA to the CAPFA lead to an increase of the hardness and the elasticity of the asphalt binder, but among the asphaltic mixtures produced, it was observed, before and after ageing, that the binder modified by the EVA and the hydrated lime demonstrated a higher stiffness and the binder modified by the SBS demonstrated a higher elasticity. The susceptibility relative to the temperature of the asphalt mixtures measured through the flow activated energy, demonstrated that the mixtures containing EVA degrade themselves less than those that contain SBS. This happens due to the fact that there is no butadiene double bond in the polymer EVA that easily oxidizes, like in the case of the SBS. The additives present in the mixtures with the EVA polymer also
contributed to a lower sensitivity to the temperature, once the hydrated lime reduces the ageing of the asphalt mixture through the interaction with the reactive polar molecules present in the asphalt binder and CNSL it is an excellent antioxidant. In regards to the stability of the storage of the modified asphalt by SBS, apparently occurs a âbreakâ of the colloidal polymer-asphalt structure in higher frequencies.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:1316 |
| Date | 17 December 2007 |
| Creators | Raquel Moraes Bringel |
| Contributors | Sandra de Aguiar Soares, Jorge Barbosa Soares, GisÃlia Cardoso |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em QuÃmica InorgÃnica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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