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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2015.tde-01102015-093027
Documento
Autor
Nome completo
Lucas Lauer Verdade
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Faxina, Adalberto Leandro (Presidente)
Branco, Verônica Teixeira Franco Castelo
Fabbri, Glauco Tulio Pessa
Título em português
Avaliação do uso de um polietileno de alta densidade e baixo peso molecular oxidado como agente de compatibilização em asfalto modificado com copolímero SBS
Palavras-chave em português
Curva-mestre
Ensaios reológicos
Estabilidade à estocagem
Ligante asfáltico modificado com SBS
Polietileno de alta densidade e baixo peso molecular oxidado
Resumo em português
O copolímero SBS é o aditivo mais empregado mundialmente na modificação de ligantes asfálticos, por melhorar diversas de suas características. Um dos principais problemas deste tipo de formulação é a separação de fases, que pode ser minimizada com a incorporação de aditivos. Um novo polietileno de alta densidade e baixo peso molecular oxidado (com denominação comercial TITAN 9686) foi utilizado nesta pesquisa, com o objetivo de testar a hipótese de que a adição de proporções adequadas deste aditivo possa melhorar as características reológicas do asfalto+SBS. O experimento laboratorial foi delineado com base na técnica de experimentos com misturas, englobando um total de nove formulações compostas com asfalto, SBS e TITAN. O teor de SBS variou entre 0 e 5% em peso e o de polietileno variou entre 0 e 2% em peso. Foi utilizado óleo aromático no teor de 4% em peso para todas as nove misturas. As misturas foram analisadas em três condições de envelhecimento: virgem, curto prazo (na estufa RTFO) e longo prazo (na estufa PAV). Foram realizados os seguintes ensaios reológicos: (i) de cisalhamento em regime oscilatório em diferentes condições de temperatura e frequência (para medida do módulo complexo e do ângulo de fase, usados na determinação do grau de desempenho, no cálculo dos parâmetros G*/sen(δ) e G*.sen(δ) e na construção de curvas-mestre), (ii) de viscosidade Brookfield, (iii) de fluência e recuperação sob múltiplas tensões (para medida do percentual de recuperação e da compliância não-recuperável), (iv) de varredura de amplitude linear (para cálculo do parâmetro a f e para ajuste do modelo de fadiga) e (v) de estabilidade à estocagem. Acerca das características escolhidas para mensurar a melhora ou piora das propriedades das misturas asfalto+SBS com a adição de TITAN, podem ser feitas as seguintes observações: (i) a estabilidade à estocagem é melhorada com a adição de TITAN, em particular no teores entre 1 e 2%; (ii) a sensibilidade ao envelhecimento tanto a curto quanto a longo prazos diminui com a adição de TITAN; (iii) a adição de TITAN aumenta a resistência à deformação permanente, à luz dos parâmetros Jnr e R e aumenta a sensibilidade dos ligantes asfálticos modificados com SBS a mudanças bruscas nos níveis de tensão aplicados; e (iv) a adição de TITAN contribui com o aumento da resistência à fadiga, à luz dos parâmetros Nf , a baixos níveis de deformação, e af , e a prejudica reduzindo o parâmetro Nf a altos níveis de deformação e aumentando a temperatura crítica de fadiga ou o parâmetro G*.sen(δ). Tendo por base estas evidências, é possível concluir que a adição de TITAN, em linhas gerais, melhorou a estabilidade dos ligantes asfálticos modificados com até 5,0% de SBS. Com base nas análises realizadas, é possível afirmar que teores da ordem de 1 a 2% de TITAN, para teores de SBS entre 3,0 e 5,0%, são recomendáveis, à luz das propriedades, índices e parâmetros analisados neste trabalho.
Título em inglês
Analysis of the use of an oxidized, high-density polyethylene with low molecular weight as a compatibilizing agent in asphalt binders modified with SBS copolymer
Palavras-chave em inglês
Master curve
Oxidized and high-Density polyethylene with low molecular weight
Rheological tests
SBS-modified asphalt binder
Storage stability
Resumo em inglês
The SBS copolymer is the most widely used additive in asphalt binder modification, since it enhances many of the properties of the original material. A critical problem that arises from this type of modification is phase separation, which can be minimized by adding other modifiers to the formulation. A new oxidized, high-density polyethylene with low molecular weight (commercial designation of "TITAN 9686") was used in the study with the purpose of verifying the hypothesis that the addition of suitable contents of this modifier can improve the rheological properties of the SBS-modified binder. The laboratory matrix of formulations was based on the experiments with mixtures, and nine types of materials were prepared with asphalt binder, SBS and TITAN. The SBS contents ranged from 0 to 5% by weight, whereas the polyethylene contents ranged from 0 to 2% by weight. These formulations also contained 4% of aromatic oil by weight. Three aging conditions were selected: unaged, short-term aged in the rolling thin-film oven (RTFO) and long-term aged in the pressurized aging vessel (PAV). The following tests were carried out: (i) dynamic oscillatory shear at different temperatures and frequencies of loading for the determination of the complex modulus, the phase angles and the master curves, as well as the performance grades and the numerical values of the parameters G*/sin(δ) and G*.sen(δ); (ii) rotational viscosity; (iii) creep and recovery at multiple stress levels for the determination and the percent recovery and the nonrecoverable compliance; (iv) linear amplitude sweep, in order to calculate the parameter a f and fit the fatigue model to the data; and (v) storage stability. With respect to the characteristics used in the evaluation of the properties of the AC+SBS mixtures after the addition of TITAN, the following observations can be made: (i) storage stability is improved when TITAN is added to the formulation, especially at contents ranging from 1 to 2%; (ii) the sensitivity to the short-term and long-term aging processes decreased with the incorporation of TITAN; (iii) the changes in the R and the Jnr values indicate that the addition of TITAN makes the asphalt binder more resistant to rutting, and also increases the sensitivity of the SBS-modified binders to sudden increases in the stress level; and (iv) the presence of TITAN in the material leads to an increase in the fatigue resistance as based on the parameters Nf and af at low strain levels and the increases in the critical fatigue temperature and the parameter G*.sen(δ). With reference to these evidences, it is possible to conclude that the addition of TITAN generally improves the storage stability of the SBS-modified binders with no more than 5% of copolymer by weight. Based on the results of the present study, it is possible to say that percentages between 1 and 2% of TITAN by weight are recommended for SBS contents between 3 and 5% by weight.
 
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LucasVerdade.pdf (9.51 Mbytes)
Data de Publicação
2015-10-05
 
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