BR112020008980A2 - composição aditiva para conglomerados betuminosos com alto desempenho mecânico - Google Patents

Abstract

Composição aditiva destinada a ser misturada em um conglomerado betuminoso para pavimentação de estradas compreendendo um polímero termoplástico, um composto polimérico selecionado do grupo que consiste em polivinilbutiral (PVB), polietilacrilato (PEA), polimetilacrilato (PMA), polibutilacrilato (PBA), lignina e suas misturas além de grafeno, preferivelmente em que o grafeno está contido em uma quantidade entre 0,005 e 1% em peso, com base no peso total da composição; também sendo descrito um conglomerado betuminoso apropriado para construção de pavimentação de estradas, compreendendo agregados, cargas, betume e dito aditivo.

Description

"COMPOSIÇÃO ADITIVA PARA CONGLOMERADOS BETUMINOSOS COM ALTO DESEMPENHO MECÂNICO" Campo de Aplicação

[0001] A presente invenção se refere ao campo técnico da produção de conglomerados betuminosos para pavimentação de estradas.

[0002] Em particular, a invenção se refere a uma composição aditiva para conglomerados betuminosos que permite melhorar o desempenho mecânico do conglomerado betuminoso compreendendo o referido aditivo, bem como prolongar a vida útil da pavimentação de estrada fabricado com esse conglomerado betuminoso. Técnica Anterior

[0003] A necessidade de desenvolver tecnologias e produtos que não destruam o meio ambiente ainda é real em todo o campo da indústria petroquímica, especialmente no campo de asfalto e de conglomerados betuminosos.

[0004] Essa necessidade implica procurar materiais que sejam os mais compatíveis possíveis com o ambiente natural e antrópico, além de tentar otimizar os processos de produção dos mesmos, diminuindo a exploração geral de matérias-primas e, portanto, o footprint de carbono decorrente de tais processos.

[0005] É ainda bem conhecida na técnica a utilização de aditivos para melhorar o desempenho dos conglomerados betuminosos e dos asfaltos em geral, por exemplo, tais aditivos podem ser composições compreendendo polímeros termoplásticos para melhorar as propriedades mecânicas do asfalto betuminoso contendo tais aditivos, em particular a resistência à ruptura e a resistência à formação de trincas no conglomerado betuminoso, normalmente usado como superfície de cobertura para estradas.

[0006] Uma composição de asfalto, que compreende agregados, material granular ou em pó derivados de sucata de borracha, por exemplo, pneus, e uma mistura de polímeros e copolímeros termoplásticos, bem como aditivos e cargas adicionais, é descrita no Pedido de Patente Internacional WO2015179553.

[0007] O Pedido de Patente Chinês CN 106280505 se refere a um aditivo para asfaltos na forma de uma mistura, compreendendo poliolefinas em grânulos e outros materiais, incluindo um plastificante, preferencialmente dioctilftalato. Este aditivo também é eficaz na diminuição da formação de trincas nos asfaltos feitos com ele.

[0008] A Patente Chinesa CN102585520 se refere a um aditivo para asfalto, compreendendo polipropileno, polietileno, PVB, compreendendo dioctilftalato como plastificante, além disso: um agente dispersante, um agente tixotrópico e um pó à base de metal. Este aditivo melhora o desempenho das misturas de asfalto.

[0009] O Pedido de Patente Chinês CN 103509356 também se refere a uma mistura de asfalto que compreende poliolefinas (polietileno, estireno-butadieno-estireno, de tereftalato de polietileno), polivinilbutiral como agente de ligação e um material de carga.

[0010] Em qualquer caso, embora os aditivos para melhorar as propriedades químicas e mecânicas dos asfaltos disponíveis comercialmente, bem como os asfaltos que podem ser feitos com os referidos aditivos, sejam geralmente formulados tendo em mente o impacto ambiental, por exemplo,

compreendendo sucata de outros processos industriais ou materiais reciclados, como é o caso da composição de asfalto descrita no pedido WO2015179553, esses produtos ainda não são capazes de combinar a melhoria das propriedades mecânicas dos conglomerados betuminosos com uma diminuição concreta do impacto ambiental na produção do mesmo, tanto em nível qualitativo quanto quantitativo da matéria-prima utilizada.

[0011] À luz da técnica anterior acima mencionada, o problema subjacente à presente invenção era fornecer uma composição aditiva destinada a ser misturada em conglomerados betuminosos para pavimentação de estradas, em que a composição era adequada para melhorar as propriedades mecânicas do conglomerado betuminoso fabricado por misturando a referida composição com outros componentes apropriados e ao mesmo tempo não possui as desvantagens mencionadas acima, sendo ao mesmo tempo mais ambientalmente sustentável. Sumário da Invenção

[0012] O referido problema foi resolvido fornecendo uma composição aditiva destinada a ser misturada em um conglomerado betuminoso para pavimentação de estradas e adequada para melhorar as propriedades mecânicas do referido conglomerado betuminoso, compreendendo pelo menos um polímero termoplástico, um composto polimérico selecionado do grupo consistindo em polivinilbutiral (PVB), polietilacrilato (PEA) polimetilacrilato (PMA), polibutilacrilato (PBA), lignina e suas misturas e grafeno.

[0013] Mais preferencialmente, o referido pelo menos um polímero termoplástico é uma poliolefina, de preferência é polietileno ou polipropileno, ou qualquer outra mistura de polietileno e polipropileno

[0014] Mais preferencialmente, o referido polímero termoplástico é uma mistura de polietileno e polipropileno compreendendo uma quantidade de polietileno entre 25 e 75% em peso, com base no peso total da mistura.

[0015] De um modo ainda mais preferido, o referido polímero termoplástico é uma mistura de polietileno e polipropileno, conforme descrito na Tabela 1 a seguir, em que os valores em peso são calculados sobre o peso total da mistura de polietileno e polipropileno. Tabela 1 Polietileno (%) Polipropileno (%) 30 70 40 60 50 50 60 40 70 30

[0016] De preferência, o referido pelo menos um polímero termoplástico é material reciclado.

[0017] Alternativamente, o polímero termoplástico utilizado na composição aditiva de acordo com a presente invenção é material virgem ou uma mistura do material reciclado e material virgem acima mencionados.

[0018] De forma vantajosa, a composição de aditivo de acordo com a presente invenção, destina-se a ser misturada em conglomerados betuminosos, pode consistir essencialmente nos componentes acima mencionados, sem a ajuda de outros componentes, tais como plastificantes, compostos de enxofre, os seus sais e/ou outros materiais.

[0019] De maneira igualmente preferida, o composto polimérico contido na composição aditiva de acordo com a invenção é polivinilbutiral (PVB).

[0020] De acordo com uma modalidade preferida, o composto polimérico acima mencionado é um composto reciclado, preferencialmente PVB reciclado, mais preferencialmente obtido por meio de um processo de recuperação do mesmo a partir do tratamento pós-uso do para-brisa do veículo e/ou vidros duplos dos edifícios.

[0021] Em alternativa, o composto polimérico acima mencionado, em particular polivinilbutiral, utilizado na composição aditiva de acordo com a presente invenção é material virgem ou uma mistura do material reciclado e material virgem acima mencionados.

[0022] De acordo com a presente invenção, o termo "grafeno" se refere a um material de carbono com estrutura bidimensional de camadas monoatômicas de carbono com matriz hexagonal, em que cada átomo de carbono está ligado a outros três átomos de carbono por uma ligação covalente e ligado aos átomos das camadas adjacentes por forças de Van Der Waals, assim como qualquer derivado funcionalizado desse material de carbono, por exemplo, óxido de grafeno, isto é, grafeno parcialmente funcionalizado com grupos que compreendem oxigênio.

[0023] O grafeno utilizado na composição aditiva de acordo com a presente invenção possui preferencialmente uma densidade aparente entre 2 e 100 g/dm³, mais preferencialmente entre 10 e 70 g/dm³; ao mesmo tempo, o grafeno utilizado na composição aditiva de acordo com a presente invenção possui uma área superficial entre 10 e 300 m²/g.

[0024] A referida área superficial é medida por meio de um método BET por absorção de gás inerte (nitrogênio), em particular de acordo com o procedimento ISO 9277: 2010.

[0025] Além disso, as dimensões laterais das camadas de grafeno são menores que 200 μm, preferencialmente menores que 100 μm, mais preferencialmente menores que 50 μm.

[0026] De acordo com uma modalidade preferida, o grafeno usado na composição aditiva de acordo com a presente invenção é grafeno reciclado.

[0027] Alternativamente, o grafeno utilizado na composição aditiva de acordo com a presente invenção é grafeno virgem ou uma mistura de grafeno reciclado e grafeno virgem.

[0028] Por conseguinte, de uma maneira absolutamente vantajosa, a composição de aditivo destinada a ser misturada aos conglomerados betuminosos para a pavimentação de estradas de acordo com a invenção pode existir como mistura de materiais parcial ou totalmente reciclados; a composição aditiva de acordo com a invenção é consequente, particular e ambientalmente sustentável, determinando não apenas uma clara economia líquida de matérias-primas, mas também uma diminuição relacionada das emissões de dióxido de carbono (que de outra forma seriam emitidas no ambiente durante os processos de síntese dos materiais em causa).

[0029] De preferência, o grafeno incluído na composição aditiva de acordo com a invenção está contido em uma quantidade entre 0,005 e 1%, mais preferencialmente entre 0,005 e 0,15%, ainda mais preferencialmente entre 0,01 e 0,1% em peso, com base no peso total da composição.

[0030] De maneira igualmente preferida, o polímero termoplástico mencionado acima, composto na composição aditiva de acordo com a invenção, está contido em uma quantidade entre 45 e 95%, mais preferencialmente entre 50 e 90% em peso, com base no peso total da composição.

[0031] De maneira igualmente preferida, o composto polimérico acima mencionado, compreendido na composição aditiva de acordo com a invenção, preferencialmente polivinilbutiral, está contido em uma quantidade entre 5 e 55%, mais preferencialmente entre 10 e 50% em peso, com base no peso total da composição.

[0032] Uma composição aditiva particularmente preferida destinada a ser misturada em conglomerados betuminosos consiste nos seguintes componentes, expressos em porcentagem em peso com base no peso total da composição: material termoplástico 50-95 polivinilbutiral 5-50 grafeno 0,005-1

[0033] Todas as porcentagens indicadas no texto do presente pedido devem ser entendidas como porcentagens de peso/peso, salvo especificação em contrário.

[0034] A composição aditiva de acordo com a invenção é produzida na forma de partículas, por exemplo, na forma granular ou na forma de cavacos, preferencialmente com partículas com um diâmetro médio entre 0,5 e 10 mm, mais preferencialmente entre 4 e 6 mm, ou em forma de pó,

preferencialmente com partículas com um diâmetro médio entre 0,08 e 3 mm, mais preferencialmente entre 0,5 e 3 mm.

[0035] Consistentemente, a composição de aditivo de acordo com a invenção pode ser obtida por um processo que compreende a moagem separada do polímero termoplástico acima referido, do composto polimérico, de preferência polivinilbutiral, e do grafeno e a sua subsequente mistura.

[0036] De uma maneira totalmente preferida, o processo acima mencionado para obter a composição aditiva de acordo com a invenção resulta na obtenção de uma composição aditiva de acordo com a invenção na forma de pó ou na forma granular com partículas com um diâmetro médio entre 0,08 e 3 mm, de preferência entre 0,5 e 3 mm.

[0037] De preferência, a etapa de moagem acima mencionada pode ser realizada com a ajuda de um moinho com rotor resfriado ou rotor de granulador ou por moagem criogênica.

[0038] Vantajosamente, o uso da composição aditiva de acordo com a presente invenção, em qualquer uma de suas modalidades, também está previsto para produzir conglomerados betuminosos, a fim de melhorar seu desempenho mecânico, bem como prolongar a vida útil da pavimentação de estradas construídas com esses conglomerados betuminosos.

[0039] A composição de aditivo acima mencionada de acordo com a invenção, por sua vez, pode ser usada para preparar um conglomerado betuminoso adequado para fazer pavimentação de estradas com altos desempenhos mecânicos. Esse conglomerado betuminoso inclui agregados, incluindo, por exemplo, materiais inertes, como materiais de pedra triturada, escória granular e triturada, agregados artificiais produzidos, por exemplo, por fusão a alta temperatura de certos minerais ou rochas (por exemplo, bauxita ou argilas), cargas, betume, bem como a composição aditiva acima mencionada, que geralmente está contida em uma quantidade entre 0,09 e 15%, preferencialmente entre 2 e 6%, mais preferencialmente 5%, em peso, com base no peso total do referido betume

[0040] De preferência, o referido conglomerado betuminoso inclui uma quantidade de betume entre 3 e 7% em peso com base no peso total do conglomerado betuminoso, mais preferencialmente uma quantidade de betume entre 4 e 6,5% em peso com base no peso total do conglomerado betuminoso.

[0041] De acordo com a presente invenção, com o termo "betume" entende-se geralmente um material compreendendo uma fase de dispersão sólida à temperatura ambiente, com um comportamento termoplástico, a referida fase de dispersão inclui compostos orgânicos de alto peso molecular, principalmente hidrocarbonetos com um número de átomos de carbono superiores a 25. Na referida fase de dispersão, geralmente podem ser traços dispersos de enxofre, nitrogênio, oxigênio e metal, como níquel, ferro e vanádio.

[0042] Assim, em um de seus aspectos adicionais, a presente invenção se refere a um método para a produção de um conglomerado betuminoso adequado para fazer uma pavimentação de estradas com altos desempenhos mecânicos, compreendendo a etapa de adição aos referidos agregados, sob agitação e em uma variação temperatura entre 130°C e 200°C, preferencialmente entre 165°C e 185°C, mais preferencialmente entre 170°C e 180°C, uma composição aditiva como descrita acima de acordo com a invenção, além de compreender betume e uma carga.

[0043] De uma maneira absolutamente vantajosa, a composição aditiva de acordo com a presente invenção, quando adicionada aos conglomerados betuminosos para pavimentação de estradas, permite obter uma pavimentação de estradas com alto desempenho mecânico, como alta resistência à tração, alta rigidez e alta resistência à fadiga, como é explicado em mais detalhes com referência à descrição detalhada.

[0044] Consistentemente, uma superfície de estrada construída com um conglomerado betuminoso compreendendo a composição aditiva de acordo com a presente invenção também tem uma tendência escassa em relação ao fenômeno de sulco, em relação a uma superfície de estrada feita com um conglomerado betuminoso que não compreende a composição aditiva de acordo com a invenção, como será explicado em mais detalhes com referência à descrição detalhada.

[0045] As altas propriedades mecânicas conferidas à pavimentação de estradas pela composição aditiva misturada no conglomerado betuminoso, bem como a diminuição considerável do fenômeno de sulco, determinam um aumento substancial da vida útil da pavimentação de estradas, bem como de sua segurança, quando comparada a uma pavimentação de estradas tradicional.

[0046] De uma maneira totalmente vantajosa, quando um conglomerado betuminoso que compreende a composição aditiva de acordo com a presente invenção é usado para fazer uma pavimentação de estradas, as camadas deste último (curso de base, curso de ligante e curso de superfície) podem ter uma espessura menor, dada a mesma vida útil, quando comparada a um pavimentação de estrada feito com um conglomerado betuminoso que não compreende a composição aditiva de acordo com a invenção.

[0047] Portanto, o uso de um conglomerado compreendendo essa composição aditiva implica não apenas na necessidade de uma menor quantidade de agregados e betume, determinando uma diminuição das emissões de dióxido de carbono que de outra forma ocorreria na produção/extração e no transporte de matérias-primas acima mencionadas, mas também uma economia de energia substancial (e menor impacto ambiental relacionado) devido à menor produção de conglomerado betuminoso que, como ilustrado anteriormente, precisa de manuseio em temperaturas bastante altas.

[0048] Além disso, a composição de acordo com a presente invenção é fácil e segura de manusear, porque é isenta de pós finos, que podem ser inalados pelos operadores que utilizam.

[0049] Além disso, a composição de acordo com a presente invenção pode ser armazenada por períodos prolongados de tempo, mesmo por muitos meses, sem riscos de embalamento, e mantém suas propriedades de fluidez inalteradas ao longo do tempo, propriedades importantes ao adicionar essa composição ao conglomerado betuminoso, a fim de garantir uma dosagem precisa e reproduzível.

[0050] As características e as vantagens da presente invenção serão ainda destacadas por algumas modalidades da mesma, que são a seguir expostas a título de ilustração e não de limitação. Descrição Detalhada

[0051] A seguir, são apresentados alguns exemplos de composições aditivas de acordo com a presente invenção, as quais foram preparadas e testadas com resultados favoráveis em relação ao seu efeito de aumentar o desempenho mecânico na produção de conglomerado betuminoso. Finalmente, segue um exemplo comparativo, no qual é mostrada uma possível composição aditiva, não compreendendo grafeno e diferente da presente invenção.

Exemplo 1 Mistura de polietileno e polipropileno (70:30) 49,995% polivinilbutiral 49,995% grafeno virgem 0,01% Exemplo 2 Mistura de polietileno e polipropileno (50:50) 49,95% polivinilbutiral 49,95% grafeno virgem 0,1% Exemplo 3 Mistura de polietileno e polipropileno (60:40) 49,95% polivinilbutiral 49,95% grafeno reciclado 0,1%

Exemplo 4 Mistura de polietileno e lipropileno (30:70) 74,995% polivinilbutiral 24,995% grafeno virgem 0,01%

Exemplo 5 Mistura de polietileno e polipropileno (50:50) 74,95% polivinilbutiral 24,95% grafeno virgem 0,1%

Exemplo 6 Mistura de polietileno e polipropileno (70:30) 79,995% polivinilbutiral 19,995% grafeno virgem 0,01%

Exemplo 7 Mistura de polietileno e polipropileno (40:60) 79,95% polivinilbutiral 19,95% grafeno virgem 0,1%

Exemplo 8 Mistura de polietileno e polipropileno (70:30) 89,995% polivinilbutiral 9,995% grafeno virgem 0,01%

Exemplo 9 Mistura de polietileno e polipropileno (70:30) 89,95% polivinilbutiral 9,95% grafeno virgem 0,1% Exemplo 10 Mistura de polietileno e polipropileno (60:40) 89,5% polivinilbutiral 9,5% grafeno virgem 1% Exemplo 11 Mistura de polietileno e polipropileno (70:30) 89,990% polivinilbutiral 9,995% grafeno virgem 0,005% Exemplo 12 (exemplo de referência diferente da invenção) Mistura de polietileno e polipropileno (70:30) 90,00% polivinilbutiral 10,00%

[0052] As composições dos Exemplos 1-11 foram preparadas moendo separadamente a mistura de polietileno e polipropileno, o polivinilbutiral e o grafeno, e misturando os componentes triturados dentro de um misturador, obtendo uma mistura homogênea com partículas de diâmetro médio de 2 mm.

[0053] A composição do Exemplo 12 foi preparada da mesma maneira, partindo apenas da mistura de polietileno e polipropileno e de polivinilbutiral.

Exemplo 13

[0054] Usando a composição de acordo com o Exemplo 8, dezoito briquetes de conglomerado betuminoso com um diâmetro de 100 mm e uma espessura de cerca de 25 mm, contendo tal composição, de acordo com as proporções dos ingredientes indicados na tabela 2 a seguir (Conglomerado A), foram preparados em laboratório. Também dezoito briquetes de conglomerado betuminoso com a mesma composição, porém compreendendo a composição aditiva de acordo com o Exemplo 12 (Conglomerado B), e dezoito briquetes de conglomerado betuminoso que não compreendem a composição aditiva de acordo com o Exemplo 8, nem a composição de acordo com o Exemplo 12 (Conglomerado C), bem como nove painéis de conglomerado betuminoso, três para cada tipo de conglomerado A, B e C. Tabela 2 Conglomerado Conglomerado Conglomerado betuminoso A, betuminoso A, betuminoso contendo a contendo a C, sem composição do composição do qualquer Exemplo 8 Exemplo 12 aditivo Materiais Partes em peso Partes em Partes em peso peso Granulados 25 25 25 inertes 12/20 Granulados inertes 6/12 35 35 35 Granulados inertes 3/6 10 10 10 Areia 0/4 25 25 25

Carga (CaCO3) 5 5 5 Betume 70/100 4,5 4,5 4,5 Composição 0,27 0,27 0 aditiva Total 104,77 104,77 104,5

[0055] O conglomerado betuminoso é preparado no laboratório, por meio do procedimento que se segue, o uso de dispositivos que simulam, em função, máquinas em maior escala, normalmente usadas em fábricas para a produção de conglomerado betuminoso: - selecionar uma curva granulométrica, dependendo do pavimentação da estrada que se deseja construir com o conglomerado betuminoso atualmente em preparação; - selecionar agregados de acordo com a curva granulométrica acima mencionada, no presente caso os agregados de acordo com a Tabela 2, e levando os agregados a uma temperatura de 170-180°C dentro de um misturador; - adicionar uma quantidade apropriada da composição aditiva, no presente caso, a composição de aditivo de acordo com o Exemplo 8, na quantidade expressa na Tabela 2, em seguida, misturar durante 40-60 segundos, de modo a obter uma mistura; - adicionar à mistura uma quantidade adequada de betume, no presente caso, a quantidade expressa na Tabela 2, em seguida, misturando durante pelo menos 20-30 segundos; - adicionar à mistura uma quantidade adequada de carga, no caso presente a quantidade expressa na Tabela 2, depois misturar por pelo menos 5 minutos (conforme previsto na lei normativa EN 12697-35), obtendo uma mistura homogênea de conglomerado betuminoso.

[0056] Em particular, a mistura é mantida a uma temperatura entre 170 e 180°C durante todas as etapas de processamento da mesma.

[0057] No caso do conglomerado betuminoso B, ao invés da composição do Exemplo 8 de acordo com a invenção, é adicionada a composição do Exemplo 12 que é diferente da invenção (sendo isenta de grafeno). No caso do conglomerado betuminoso C, após a etapa de aquecimento dos agregados, segue-se diretamente uma etapa de adição de betume aos mesmos.

[0058] A mistura de conglomerado betuminoso assim obtida é descarregada do misturador, dosada em uma quantidade igual a cerca de 1.210 g em recipientes e subsequentemente acondicionada no forno a uma temperatura de 150°C por cerca de 3 horas (para simular o condições de transporte).

[0059] O conglomerado betuminoso assim obtido, após a etapa de condicionamento do forno, é então inserido dentro de um gabarito. Então, para obter uma porcentagem de espaços vazios de cerca de 2,5%, é realizada uma compactação por meio de compactador giratório (em alternativa ao compactador giratório é possível usar qualquer outro tipo de compactador adequado para a finalidade, por exemplo, um compactador Marshall): - Pressão de carga: 600 kPa; - Ângulo giratório: 1,25°; - Densidade limite: 2.400 kg/m³)

[0060] Dezoito briquetes foram obtidos para cada tipo de conglomerado betuminoso, para a realização de ensaios mecânicos, foram formados, simultaneamente, três painéis com medidas de 50 cm x 70 cm, um para cada tipo de conglomerado betuminoso.

[0061] Os dezoito briquetes do conglomerado A, os dezoito briquetes do conglomerado B e os dezoito briquetes do conglomerado C, bem como os painéis do conglomerado A, os painéis do conglomerado B e os painéis do conglomerado C foram finalmente colocados em câmaras climáticas para condicionamento adequado para a realização dos ensaios mecânicos. Exemplo 14 (Determinação da resistência à tração)

[0062] Seis briquetes do conglomerado A, seis briquetes do conglomerado B e seis briquetes do conglomerado C foram utilizados para realizar um ensaio de resistência à tração.

[0063] Cada briquete foi alojado respectivamente em uma prensa mecânica do cesto de ensaio designado e, em seguida, foi realizado um ensaio de resistência à tração de acordo com a metodologia UNI EN 12697-23.

[0064] A caracterização mecânica ocorreu com a Resistência à Tração Indireta (ITS). A ITS simula a tensão máxima gerada pela passagem do veículo que pode ser tolerada pela pavimentação da estrada.

[0065] Os resultados dos ensaios individuais são mostrados na Tabela 3, a seguir. Tabela 3 Mistura ITS (MPa) Conglomerado A 1,71 Conglomerado B 1,57 Conglomerado C 1,07 Mistura (comparação) Alteração de percentual (%)

A versus B + 8,9 A versus C + 59,8 B versus C + 46,7

[0066] A partir dos dados relatados na Tabela 3, é possível notar que a composição aditiva de acordo com a presente invenção permite aumentar a resistência à tração indireta em cerca de 60% em um conglomerado betuminoso obtido com a mesma (conglomerado A) se comparado com um conglomerado betuminoso tradicional com betume como tal (conglomerado C) e 9% se comparado a um conglomerado betuminoso compreendendo uma composição aditiva substancialmente idêntica em relação ao conteúdo de polietileno/propileno e PVB, porém que não contém grafeno (conglomerado B). Um aumento da resistência à tração indireta implica, portanto, uma maior resistência do conglomerado betuminoso sujeito à carga e, portanto, a composição aditiva de acordo com a presente invenção permite formular um conglomerado betuminoso que permite construir um pavimentação de estrada caracterizado por uma vida útil mais longa. O aumento considerável que pode ser obtido na resistência à tração direta com a composição de acordo com a presente invenção, se comparado a uma composição que é idêntica, exceto pela falta de uma quantidade de grafeno de apenas 0,01% em peso, deve ser considerado totalmente surpreendente.

Exemplo 15 (Determinação do módulo de rigidez)

[0067] Seis briquetes do conglomerado A, seis briquetes do conglomerado B e seis briquetes do conglomerado C foram utilizados para realizar um ensaio para determinação do módulo de rigidez, entendido como capacidade dos conglomerados betuminosos de se propagarem na superestrutura da carga exercida na superfície da estrada nas áreas por onde trafegam os pneus do veículo.

[0068] Cada briquete foi colocado respectivamente em um invólucro designado de um sistema servopneumático para ensaios dinâmicos, que foi por sua vez contido em uma célula climática para controle da temperatura; posteriormente, foi realizado um ensaio para a determinação do módulo de rigidez de acordo com a metodologia UNI EN 12697-26.

[0069] As condições de ensaio utilizadas para a determinação do módulo de rigidez foram: - Temperatura: variável; - Deformação horizontal imposta: 5 μm; - Tempo de pico: 124 ms (frequência 2 Hz); - Coeficiente de envenenamento: 0,35.

[0070] Os resultados dos ensaios individuais são mostrados na Tabela 4 a seguir. Tabela 4 Mistura Rigidez das amostras a diferentes temperaturas (MPa) T = 5ºC T = 20ºC T = 40ºC Conglomerado A 21124 7809 3003 Conglomerado B 20866 6685 2691 Conglomerado C 10169 5711 1096 Mistura Variação percentual (%) (comparação) A versus B + 1,2% + 16,8% + 11,6% A versus C + 107,7% + 36,7% + 174,0% B versus C + 105,2% + 17,1% + 145,5%

[0071] Como é evidente, a composição de aditivo de acordo com a invenção (Exemplo 8), quando utilizada para a formulação de um conglomerado betuminoso determina, neste último, um aumento substancial do módulo de rigidez em relação tanto ao conglomerado tradicional (conglomerado C) quanto o conglomerado compreendendo a composição aditiva de acordo com o Exemplo 12, que é isenta de grafeno (conglomerado B). Nesse sentido, o conglomerado A mostra desempenho particularmente em temperaturas moderadamente altas (T = 20ºC; T = 40ºC). O aumento no módulo de rigidez encontrado para o conglomerado A em relação ao conglomerado B é ainda mais alto do que o considerável aumento da resistência à tração encontrada no exemplo anterior e, portanto, ainda mais surpreendente.

Exemplo 16 (Determinação da resistência à fadiga)

[0072] Seis briquetes do conglomerado A, seis briquetes de conglomerado B e seis briquetes do conglomerado C foram usados para executar o ensaio de resistência à fadiga. A falha devido à fadiga de um pavimentação ocorre devido à repetição ao longo do tempo de estados de deformação, induzidos por tensões de tração causadas pelo tráfego de veículos e pelos ciclos sazonais e mudanças de temperatura.

[0073] Cada briquete foi colocado, respectivamente, em um compartimento designado de um sistema servopneumático para ensaios dinâmicos, que por sua vez estava contido em uma célula climática para controle de temperatura; posteriormente foi realizado um ensaio para determinação da resistência à fadiga, de acordo com a metodologia UNI EN 12697-24.

[0074] As condições de ensaio para a determinação da resistência à fadiga foram:

- Temperatura: 20ºC; - Tensão horizontal imposta: 300 kPa; - Tempo de pico: 248 ms; - Tempo de repouso: 252 ms; - Frequência: 2 Hz; - Coeficiente de envenenamento: 0,35; - Condição de falha: 10% do módulo complexo inicial.

[0075] Os resultados dos ensaios individuais são mostrados na Tabela 5, a seguir. Tabela 5 Mistura Número de ciclos na falha Conglomerado A 1.056.933 Conglomerado B 473.167 Conglomerado C 157.639 Mistura (comparação) Variação percentual (%) A versus B + 123,4% A versus C + 570,5% B versus C + 200,2%

[0076] A partir dos dados da Tabela 5, pode ser entendido que o conglomerado A, compreendendo a composição aditiva de acordo com a invenção (Exemplo 8), possui vários ciclos de fadiga aumentados em 123%, se comparado ao conglomerado betuminoso B, compreendendo a composição de referência aditiva de acordo com o Exemplo 12, que é isenta de grafeno e aumentou para 570% se comparado a um conglomerado betuminoso tradicional (conglomerado C). Esta é mais uma evidência impressionante da surpreendente melhoria do desempenho mecânico do conglomerado, em que a referida melhoria é realizada graças à presença de grafeno, embora adicionado em uma quantidade extremamente baixa (0,01% do peso total da composição aditiva adicionada) ao conglomerado betuminoso).

Exemplo 17 (Monitoramento do fenômeno de formação de sulco)

[0077] Três painéis do conglomerado A, três painéis do conglomerado B e três painéis do conglomerado C foram utilizados para realizar o ensaio de monitoramento do sulco, entendido como um fenômeno de deformação longitudinal causada por um espessamento sob o eixo de carga, com consequente movimento lateral da mistura betuminosa durante a passagem da roda. Cada painel foi colocado, respectivamente, em um compartimento designado em uma máquina de formação de sulcos (máquina de rastreamento de rodas), que por sua vez estava contida em uma célula climática para controle de temperatura; posteriormente, um ensaio para a determinação da resistência à fadiga foi realizado de acordo com a metodologia UNI EN 12697-22.

[0078] O ensaio de laboratório que permite simular tal fenômeno fornece os seguintes resultados: - PROFUNDIDADE: indica fisicamente a profundidade do sulco (profundidade mais alta significa resistência mais baixa); - PRD (Profundidade Proporcional do Sulco): indica a porcentagem de sulcos gerados durante o ensaio no ciclo predeterminado; a redução do referido parâmetro diminui a deformação e, portanto, a vida útil da pavimentação é aumentada; - WTS (Cambagem da roda): indica a taxa na qual o conglomerado betuminoso é deformado; ao reduzir o referido valor, a resistência à deformação aumenta e a deformação ao longo do tempo diminui, aumentando a vida útil da pavimentação.

[0079] A condição de ensaio imposta para a determinação da resistência à formação de sulcos era uma temperatura de 60ºC.

[0080] Os resultados dos ensaios individuais são mostrados na Tabela 6, a seguir. Tabela 6 Profundi- Profundi- PRD ar WTS ar dade do dade do 10.000 (%) (mm/1.000 sulco a sulco a ciclos)

5.000 10.000 ciclos (mm) ciclos (mmm) Conglomerado A 0,43 0,48 0,8 0,009 Conglomerado B 0,88 0,98 1,6 0,022 Conglomerado C 1,39 1,55 2,5 0,025 Mistura (comparação) Variação percentual A versus B - 51,1% - 51,0% - 50,0% - 59,1% A versus C - 69,1% - 69,0% - 68,0% - 64,0% B versus C - 36,7% - 36,8% - 36,0% - 12,0%

[0081] Os ensaios realizados permitem destacar os elevados desempenhos do conglomerado A, que compreende a composição de aditivo de acordo com a presente invenção, com uma diminuição considerável do fenômeno de formação de sulco (-51%) quando comparado com o conglomerado betuminoso B, com consequente aumento da vida útil da pavimentação e da segurança viária, em comparação à pavimentação tradicional (conglomerado C).

[0082] Neste caso, também, pode notar-se que o grafeno contido na composição de aditivo de acordo com a presente invenção, embora o referido grafeno esteja presente em uma quantidade definitivamente pequena (0,01% por peso na composição de acordo com o Exemplo 8), determina um aumento considerável e surpreendente de resistência à formação de sulco.

[0083] Por fim, todas as evidências experimentais mostram que a composição aditiva de acordo com a invenção permite produzir conglomerados betuminosos com desempenho aumentado em termos de propriedades mecânicas, determinando consequentemente uma extensão da vida útil total da pavimentação de estradas construídas com os mesmos.

Isso determina não apenas uma redução de custos (menos manutenção da pavimentação), mas também uma diminuição considerável do impacto ambiental (possibilidade de criar uma camada mais fina de conglomerado, se comparado a um conglomerado sem a composição aditiva, de acordo com a invenção, dado o mesmo tempo de vida, com consequentes emissões reduzidas de dióxido de carbono devido à produção do próprio conglomerado), bem como um aumento da segurança geral no uso da pavimentação de estradas em questão.

Claims (14)

REIVINDICAÇÕES

1. Composição aditiva destinada a ser misturada em um conglomerado betuminoso para pavimentação de estradas e adequada para melhorar as propriedades mecânicas do referido conglomerado betuminoso compreendendo, pelo menos, um polímero termoplástico, um composto polimérico selecionado do grupo que consiste em polivinilbutiral (PVB), polietilacrilato (PEA) polimetilacrilato (PMA), polibutilacrilato (PBA), lignina e suas misturas além de grafeno.

2. Composição aditiva, de acordo com a reivindicação 1, em que o referido pelo menos um polímero termoplástico é uma poliolefina, preferencialmente selecionada do grupo que consiste em polietileno, polipropileno e suas misturas, e mais preferencialmente é uma mistura de polietileno e polipropileno compreendendo uma quantidade de polietileno entre 25 e 75% em peso, com base no peso total da mistura.

3. Composição aditiva, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o referido polímero termoplástico é um material reciclado.

4. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o referido composto polimérico é polivinilbutiral (PVB).

5. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o referido composto polimérico é um composto polimérico reciclado.

6. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o referido grafeno é grafeno reciclado.

7. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o referido grafeno está contido na referida composição aditiva em uma quantidade entre 0,005 e 1%, preferencialmente entre 0,005 e 0,15%, mais preferencialmente entre 0,01 e 0,1%, em peso, com base em o peso total da composição.

8. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o referido polímero termoplástico está contido na referida composição aditiva em uma quantidade entre 45 e 95%, preferencialmente entre 50 e 90% em peso, com base no peso total da composição.

9. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 8, em que o referido composto polimérico está contido na referida composição aditiva em uma quantidade entre 5 e 55%, preferencialmente entre 10 e 50%, em peso, com base no peso total da composição.

10. Composição aditiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 9, consistindo nos seguintes componentes, expressos em porcentagem em peso, com base no peso total da composição: material termoplástico 50-95 polivinilbutiral 5-50 grafeno 0,005-1

11. Composição aditiva, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizada pelo fato de que está na forma granular ou na forma de lascas, as partículas apresentando diâmetro médio entre 5 e 10 mm, preferencialmente entre 4 e 6 mm, ou em forma de pó, com partículas com um diâmetro médio compreendido entre 0,08 e 3 mm, preferencialmente entre 0,5 e 3 mm.

12. Uso de uma composição aditiva de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes na produção de conglomerados betuminosos.

13. Conglomerado betuminoso adequado para construção de uma pavimentação de estrada com propriedades mecânicas aprimoradas, compreendendo agregados, cargas, betume e uma composição aditiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, em que a referida composição aditiva está contida no referido conglomerado betuminoso em uma quantidade entre 0,09 e 15%, preferencialmente entre 2 e 6%, mais preferencialmente 5%, em peso, com base no peso total do referido betume.

14. Método para a produção de um conglomerado betuminoso adequado para a pavimentação de estradas com alto desempenho mecânico, compreendendo a etapa de adição aos referidos agregados, com agitação e a uma temperatura entre 130ºC e 200ºC, preferencialmente entre 165ºC e 185ºC, mais preferencialmente entre 170ºC e 180ºC, a referida composição aditiva de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, betume e carga.