PT863949E

PT863949E - Processo para a preparacao de uma composicao asfaltica

Info

Publication number: PT863949E
Application number: PT96942312T
Authority: PT
Inventors: Everardus Cornelis An Hendriks; Dirk Adriaan Stoker
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2000-08-31
Also published as: HRP960565B1; CN1137217C; EP0863949A2; NZ324291A; BR9611675A; DE69607029D1; CO4560587A1; AP9801244A0; WO1997020890A3; JP2000501445A; CN1206431A; ES2143250T3; KR19990071664A; MY114325A; AR004786A1; RU2177970C2; KR100487263B1; US5743950A; AU1174797A; SK72498A3

Description

DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO ASFÁLTICA" O presente invento refere-se a um processo para a preparação de uma composição asfáltica. A temperatura à qual um betume é misturado com o agregado para produzir uma composição asfáltica pronta para utilização em estradas encontra-se normalmente na faixa de 140 a 170°C, embora alguns documentos, por exemplo a Patente Norte Americana 3.832.200, ensinem que se devem aplicar temperaturas superiores.

Uma vez que se constata que tais betumes quentes podem criar riscos potenciais à saúde, à segurança e ao meio ambiente, orienta-se actuamente muito esforço despendido neste campo de tecnologia para o desenvolvimento de composições asfálticas que possam ser manuseadas a temperaturas inferiores. A este respeito, pode-se fazer referência à aplicação de emulsões betuminosas que são preparadas por mistura de um betume quente com uma sulução emulsionadora aquosa. Estas emulsões betuminosas podem normalmente ser misturadas com o agregado em uma temperatura muito inferior a 140°C, de modo que os riscos acima mencinados sejam muito melhor controlados.

As composições asfálticas preparadas a partir de uma emulsão betuminosa requer, contudo, misturas betume/agregado com conteúdos de vazios relativamente elevados, de modo a permitir que a água escape durante a roptura -2- da emulsão, compactação e serviço. Tais composições asfálticas têm o problema de serem altamente permeáveis à água e ao ar. Como consequência, elas perdem muito facilmente o agregado grosso existente à superfície de estrada. A este fenómeno chama-se desgaste da superfície de estrada. Elas perdem ainda a coesão interna, o que eventualmente conduzirá ao colapso do material e falta de estabilidade interna, frequentemente visível como deformação da superfície da estrada, isto é a formação de sulcos.

Por outro lado, a resistência destes asfaltos desenvolve-se apenas lentamente. A DE-C-43 08 567 refere-se à preparação de composições betuminosas por mistura inicial de uma quantidade parcial pequena de B200, com uma penetração de 200 dmm, com brita e, facultativamente, areia e "fíller", e subsequentemente com uma quantidade parcial maior de B65 com uma penetração de 65 dmm. O documento não contém informação sobre a forma de como produzir composições asfálticas classificadas como densas. Surpreendentemente, descobriu-se agora que as composições asfálticas classificadas como densas podem ser produzidas com uma boa resistência contra o desgaste e, além disso, com uma boa resistência contra a deformação (formação de sulcos) e fadiga.

Assim, o presente invento refere-se a um processo para a preparação de uma composição asfáltica classificada como densa, dotada de um conteúdo de vazios de não mais do que 10%, o qual consiste na adição de um componente ligante sólido, com uma penetração inferior a 50 dmm (medida pela ASTM D5 a 25°C), a uma mistura de um componente ligante macio não emulsionado, com uma viscosidade inferior a 300 mPa.s (como determinada pela ASTM 2171 a 100°C), e na agregação a uma temperatura inferior a 140°C. Convenientemente, a temperatura aplicada é inferior a 100°C. -3-

De acordo com o presente invento, utiliza-se um componente ligante macio não emulsionado. O componente ligante sólido é preferivelmente adicionado à mistura como um pó. Nesse caso, o componente ligante sólido pode ser, de preferência, adicionado à mistura a uma temperatura de menos do que 50°C, de preferência à temperatura ambiente. Se o componente ligante sólido for utilisado como emulsão (ou suspensão), a emulsão(ou suspensão) contém adequadamente menos do que 50% em volume de água, preferivelmente menos do que 40% em volume. Nesse caso, o componente ligante sólido pode adequadamente ser adicionado à mistura a uma temperatura de menos que 100°C, preferivelmente a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 80°C. Quando se faz uso de uma emulsão, esta pode ou ser uma emulsão catiónica ou uma emulsão aniónica. O componente ligante macio pode adequadamente ser adicionado ao agregado também a uma temperatura relativamente baixa, isto é a uma temperatura inferior a 120°C.

Adequadamente, o componente ligante macio é adicionado ao agregado a uma temperatura de pelo menos 70°C, preferivelmente a uma temperatura de 80 a 115°C, e com maior preferência entre 85 e 110°C.

No contexto do presente invento, um componente ligante sólido é definido como um componente ligante tendo uma penetração (PEN) de menos do que 200 dmm (como medido por ASTM D 5 em 25°C). O componente ligante sólido tem adequadamente uma penetração de menos do que 100 dmm, preferivelmente menos do que 50 dmm, e com maior preferência de menos do que 10 dmm, e um ponto de amolecimento de menos do que 100°C (como medido por ASTM D 36 ), preferivelmente inferior a 80°C. -4-

No contexto do presente invento, um componente ligante macio é definido como um componente ligante que possui uma viscosidade de menos do que 300 mPa.s, preferivelmente de menos do que 200 mPa.s (como determinado por ASTM 2171 em 100°C).

Preferivelmente, ambos os componentes ligantes sólido e macio são componentes de betume. Contudo, de acordo com um outro modo de realização do presente invento, o componente ligante sólido é uma resina, por exemplo uma resina de cumarone-indeno, e o componente ligante macio é um componente viscoso baixo (um fluxo). As resinas podem ser quaisquer uma das resinas modificadas descritas na EP-B-0330281.

Os componentes ligantes podem adequadamente conter ainda um melhorador de formação de película (por exemplo butildi-oxitol), um emulsiona-dor não iónico (por exemplo nonilfenol-etoxilato) ou um melhorador da aderência (por exemplo, uma amina, tal como um alquilamidoamina), preferivelmente uma alquilamidoamina. Tais compostos adicionais são preferivelmente adicionados ao componente ligante macio, e estão adequadamente presentes numa quantidade de menos do que 5% em peso, preferivelmente numa quantidade entre 0,25 e 1,0% em peso, com base no contéudo total de ligante. Também se podem utilizar adequadamente misturas destes compostos adicionais. Deste modo, obtém-se uma resistência melhorada contra o desgaste.

Os componentes betuminosos podem ser betumes naturais ou derivados de um óleo mineral. Podem-se utilizar ambém alcatrões de petróleo obtidos por um processo de fraccionamento e alcatrões de hulha, bem como misturas de materiais betuminosos. Exemplos de betumes adequados incluem betumes de destilação ou "ciclo linear", betumes de precipitação, por exemplo betumes de propano, betumes de sopro, por exemplo betumes catalicamente -5- soprados, e misturas dos mesmos. Outras composições de betume adequadas incluem misturas de um ou mais destes betumes com extensores (fluxos) tais como extratos de petróleo, por exemplo extratos aromáticos, destilados ou resíduos, ou com óleos.

Os componentes ligantes sólidos e macios podem adequadamente conter qualquer modificador polimérico divulgado na técnica, tal como por exemplo borracha termoplástica, adequadamente numa quantidade entre 1 e 10% em peso. As quantidades dos componentes ligantes sólido e macio usados podem variar entre limites amplos, e dependem fortemente do grau de penetração desejado para o ligante da composição de asfalto. O componente ligante sólido pode por exemplo estar presente adequadamente numa quantidade de 10 a 90% em peso, com base no ligante total. A composição asfáltica preparada de acordo com o presente invento é, em particular, adequada para aplicação em estradas. A composição asfáltica preparada de acordo com o presente invento pode adequadamente ser usada na construção de materiais espessos de base ou materiais espessos de desgaste. O ligante da composição asfáltica preparado de acordo com o presente invento tem adequadamente uma penetração que varia entre 10 e 300 dmm, preferivelmente entre 50 e 150 dmm (como medido por ASTM D 5 a 25°C).

As composições de betume podem também conter outros ingredientes, tais como "fíllers", por exemplo negro de fumo, sílica e carbonato de cálcio, estabilizadores, antioxidantes, pigmentos e solventes que se sabe serem úteis para as composições de betume. As composições asfálticas preparadas de acordo com o presente invento compreendem agregados em quantidades divulgadas na técnica.

No contexto do presente invento, uma composição asfáltica -6- classificada como densa é definida como uma composição asfáltica que apresenta um contéudo de vazios de não mais do que 10% , preferivelmente um contéudo de vazios de 3 a 10%.

Agregados adequados incluem aqueles normalmente aplicados em composições asfálticas classificadas como densas. O presente invento será agora ilustrado pelos seguintes exemplos. EXEMPLO 1

Preparou-se uma composição asfáltica de acordo com o presente invento da forma seguinte. Adicioinou-se 1,04 kg de um componente ligante de baixa viscosidade (um Extrato de Furforol de Reserva Claro (BFE)), com uma viscosidade de 50 mPa.s a 100°C (como determinado por ASTM D 2171), a 41,17 kg de agregado num moinho Hurell operando a uma temperatura de 100°C a cerca de 35 rpm. O agregado consistiu em 7,1% em peso de "filler" (< 63 pm), 36,8% em peso de areia ( 63 pm-2 mm), 15,3% em peso de brita (2-6 mm), 20,4% em peso de brita (4-8 mm) e 20,4% em peso de brita (8-11 mm). Subsequentemente, à mistura assim obtida adicionou-se 1,56 kg de um componente ligante sólido na forma de um pó à temperatura ambiente. O componente ligante sólido teve uma penetração de 2 dmm, isto é até (como determinado por ASTM D 5 a 25°C) e um ponto de amolecimento de 96°C (como medido por ASTM D 36). O pó foi preparado por polvilhamento de um betume de propano soprado com um ponto amolecimento de 95°C (como medido por ASTM D 36) num moinho de roptura Culatti com um tamanho de cri vagem de 1 mm. Adicionou-se regularmente dióxido de carbono sólido aos pedaços de betume sólido para arrefecer o moinho e para evitar a aderência das partículas de betume produzidas. A composição asfáltica classificada como densa obtida foi então despejada num molde de um compactador de lama, e foi distribuída para formar uma mistura solta espalhada homogeneamente. A composição asfáltica -7- foi então compactada a uma temperatura de 100°C. Após a compactação, a lama de asfalto obtida foi deixada arrefecer até à temperatura ambiente e foi removida do molde. Então a lama de asfalto foi cortada e serrada em espécimes de ensaio. EXEMPLO 2

Uma composição asfáltica foi preparada de acordo com o presente invento de uma maneira similar à descrita no exemplo 1, exceto que a uma mistura de 0,96 kg do componente ligante de baixa viscosidade e de 43,96 kg de agregado se adicionaram 2,78 kg de uma emulsão de um componente ligante sólido. A emulsão foi preparada por adição de 1,64 kg de um componente ligante sólido quente (180°C) (um Resíduo de Conversão Cintilada sob Vácuo) a 1,14 kg de uma solução de água/emulsão aquecida (80°C) num moinho Fryma que funcionou a uma pressão de 10 atm, a uma temperatura de 170°C e a 3.000 rpm. A solução de água/emulsão continha 3,5% em peso de um emulsionador comercialmente disponível Borresperse e 0,25% em peso de goma Guar, e tinha um pH de 12,5. A solução foi alcalinizada por utilização de uma solução de hidróxido de sódio. O componente ligante sólido teve uma penetração de 3 dmm (como medido por ASTM D 5 a 25°C) e um ponto de amolecimento de 90,5°C (como medido por ASTM D 36). A emulsão de betume final obtida tinha um pH de 8,6 e uma viscosidade de 87 mPa.s a 100°C (como determinado por ASTM D 2171) e continha 41% em peso de água. EXEMPLO 3

Preparou-se uma composição asfáltica de acordo com o presente invento de uma maneira similar à descrita no exemplo 2, exceto que 1,33 kg de um ligante de baixa viscosidade (um Resíduo Curto Statfjord), com uma viscosidade de 250 mPa.s a 100°C (como determinado por ASTM D 2171) foi pré-misturado a 100°C com 13,3 g de WETFIX (um aquilamidoamina; por exemplo Berol Nobel) e misturado com 44,22 kg de agregado. Subsequentemente, adicionaram-se 2,21 kg de uma emulsão do componente de betume sólido. A emulsão foi preparada pela adição de 1,18 kg do componente ligante sólido quente a 1,03 kg da solução água quente/emulsão, no moinho Fryma que funcionou a 3.000 rpm. A solução água/emulsão continha 1,5 % em peso de um emulsionador comercialmente disponível, Vinsol R, e 0,2% em peso de goma Guar, e tinha um pH de 12,6. A emulsão de betume final obtida tinha um pH de 12,4 e uma viscosidade de 27 mPa.s a 100°C (como determinado por ASTM D 2171) e continha 46,7% em peso de água.

EXPERIÊNCIAS DE ENSAIO A resistência à deformação, ao desgaste e à fadiga das composições asfálticas classificadas como densas preparadas nos exemplos 1, 2 e 3 foi então determinada respectivamente no teste de deformação dinâmica, no teste de abrasão Califomiano e no teste de fadiga à flexão em três pontos, os quais são conhecidos pelos técnicos da especialidade. Amostras de ensaio cilíndricas (diâmetro 101,6 mm, altura 60 mm) foram cortadas para ensaiar a resistência à deformação e ao desgaste, enquanto que amostras rectangulares (altura 40 mm, largura 30 mm, comprimento 230 mm) foram serradas a partir da lama para o ensaio de fadiga. As amostras cilíndricas foram ensaiadas quanto à resistência à deformação através do ensaio dinâmico de deformação a 40°C, e quanto à resistência ao desgaste através do ensaio de abrasão Califomiano a 4 e a 40°C. As amostras rectangulares foram ensaiadas quanto à resistência à fadiga através do ensaio de flexão em três pontos com uma frequência de carga de 40 Hz sob tensão constante a uma temperatura de 10°C. Os dados relativos às características das composições asfálticas são apresentados na Tabela 1.

Toma-se evidente a partir destes dados que, de acordo com o presente invento, as composições asfálticas podem ser preparadas a temperaturas vantajosamente baixas.

- 10-Lisboa, 17 de Maio de 2000

JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industriai RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a preparação de uma composição asfáltica classificada como densa, com um conteúdo de vazios de não mais do que 10%, o qual compreende a adição de um componente ligante sólido, com uma penetração inferior a 50 dmm (medida por ASTM D 5 a 25°C), a uma mistura de um componente ligante macio não emulsionado, com uma viscosidade inferior a 300 mPa.s (como determinado por ASTM 2171 a 100°C) e a agregação a uma temperatura inferior a 140°C.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o componente ligante sólido é adicionado à mistura a uma temperatura inferior a 100°C.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o componente ligante sólido é adicionado à mistura sob a forma de um pó.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, em que o componente ligante sólido é adicionado à mistura a uma temperatura inferior a 50°C.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, em que o componente ligante sólido é adicionado ao agregado a uma temperatura inferior a 120°C.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, em que a temperatura varia entre 80 e 115°C. -2-
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, em que os componentes ligantes sólido e macio são componentes betuminosos.
8. Utilização de uma composição asfáltica, como preparada por um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, para aplicações em estradas. Lisboa, 17 de Maio de 2000

JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 USBOA