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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Marcelo Figueiredo Massulo Aguiar
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2019
Orientador
Banca examinadora
Furlan, Ana Paula (Presidente)
Bernucci, Liedi Légi Bariani
Fabbri, Glauco Tulio Pessa
Frota, Consuelo Alves da
Lucena, Lêda Christiane de Figueirêdo Lopes
Título em português
Avaliação do uso de rejeito de caulim como fíler em concretos asfálticos
Palavras-chave em português
Concreto asfáltico
Deformação permanente
Dosagem Marshall
Fíler
Rejeito de caulim
Susceptibilidade térmica
Vida de fadiga
Resumo em português
A atividade de mineração de caulim, no Pará, produz cerca de 1,5 milhões de toneladas/ano de caulim beneficiado para uso na indústria de papel e, em consequência, é gerado um grande volume de rejeito de caulim, cujo aproveitamento como material de pavimentação pode reduzir o passivo ambiental. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a viabilidade técnica do uso de rejeito de caulim como fíler em concretos asfálticos, considerando aspectos relacionados à dosagem Marshall e propriedades de engenharia. Para isso, foram produzidas doze misturas asfálticas, que resultaram da combinação dos fatores: tipo de ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 30/45) e tipo/teor de fíler (granito, 1,5%, 3,0% e 6,0% de caulim, 1,5% de cal e 3,0% de caulim + 1,5% de cal), as quais foram avaliadas à luz dos resultados de dosagens Marshall, de ensaios mecânicos (RT, MR, fadiga e creep estático) e relacionados à durabilidade (de susceptibilidade térmica e ao dano por umidade). Adicionalmente, foram testadas correlações entre os parâmetros de caracterização do fíler "teor de caulim", "D10", "D30", "D60" e "módulo de finura" (MF) versus parâmetros de dosagens e propriedades mecânicas e de durabilidade. Os resultados das dosagens indicaram que as mudanças do tipo de CAP e/ou do tipo e teor de fíler não influenciaram significativamente os teores de projeto (TP variaram entre 5,3 e 5,6%); no entanto, os valores de estabilidade das misturas com CAP 30/45 foram superiores aos das misturas com CAP 50/70, e as misturas com 6,0% de caulim apresentaram baixa estabilidade e elevada fluência, para ambos os ligantes asfálticos. As misturas sem cal não atenderam a RRT mínima de 70%, o que foi atribuído à má adesividade do granito com os ligantes asfálticos. Por isso, em termos de dosagem, apenas as misturas contendo cal atenderam a todas as exigências do DER/SP. Quanto aos ensaios mecânicos, constatou-se que nas misturas com CAP 30/45, a rigidez e as resistências à tração e à fadiga foram maiores e a susceptibilidade térmica foi menor em relação às misturas com CAP 50/70. Para ambos ligantes asfálticos, a adição de rejeito de caulim aumentou a rigidez e a vida de fadiga e melhorou a susceptibilidade térmica, porém reduziu as resistências à tração e à deformação permanente. Identificou-se que o efeito do tipo de ligante asfáltico está mais relacionado às propriedades mecânicas e à susceptibilidade térmica, e o efeito do tipo de fíler, às propriedades volumétricas, aos parâmetros de deformação permanente e de susceptibilidade ao dano por umidade. Complementarmente, mostrou-se que os parâmetros de caracterização "teor de caulim" e "MF" se correlacionaram melhor com os parâmetros das dosagens Marshall e do ensaio de creep estático, respectivamente. Por fim, conclui-se que o uso de rejeito de caulim como fíler em concreto asfáltico é tecnicamente viável, para ambos os tipos de ligante asfáltico, em teores de adição de até 3,0% e associado à cal.
Título em inglês
Evaluation of kaolin waste as filler in hot mix asphalt
Palavras-chave em inglês
Asphalt concrete
Fatigue
Filler
Kaolin waste
Marshall mix design
Rutting
Thermal susceptibility
Resumo em inglês
Mining activity of kaolin, in Pará, produces around 1.5 million ton/year of processed Kaolin for paper industry, as a consequence, a substantial volume of waste is generated. The use of kaolin waste might reduce the environmental legacy. The main purpose of this research was to evaluate the technical feasibility of kaolin waste as filler in hot mix asphalt, considering aspects related to mix design and engineering properties. For this, twelve asphalt mixtures were produced from the combination of factors: type of asphalt binder (CAP 50/70 e CAP 30/45) and type/content of filler (granite, 1.5, 3.0 and 6.0% of kaolin waste, 1.5% of lime and 3.0% of kaolin waste+1.5% of lime). Asphalt mixtures were evaluated based on results from Marshall design, mechanical (ITS, RM, fatigue and static creep) and durability (thermal and moisture susceptibilities) tests. Additionally, filler-characterization parameters (kaolin content, D10, D30, D60 and fineness modulus, FM) were correlated to the Marshall's parameters and to the mechanical and durability properties. Marshall design results indicated that the changes of asphalt binder and types/content of filler did not significantly influence asphalt content (variation from 5.3 to 5.6%), however, stability values of mixtures with CAP 30/45 were higher than the mixtures with CAP 50/70. Mixtures containing 6% of Kaolin presented low stability and high flow, for both asphalt binders. Mixtures without lime did not reach minimum TSR value (70%), which was attributed to the poor adhesion between granite aggregates and asphalt binders. Therefore, regarding Marshall parameters, only asphalt mixtures with lime met all of DOT/Sao Paulo's standard requirements. Concerning mechanical tests, it was showed that, in mixtures with CAP 30/45, stiffness, tensile strength and fatigue resistance were higher and the thermal susceptibility was lower when compared to mixtures with CAP 50/70. Kaolin addition increased stiffness and fatigue life, but, decreased tensile strength and rutting resistance. Mechanical properties and thermal susceptibility were quite affected by asphalt binder whereas volumetric and rutting properties and moisture damage were most influenced by filler type and content. Furthermore, kaolin content and FM well correlated with Marshall and rutting parameters, respectively. Finally, it was concluded that the use of kaolin waste as filler in hot mix asphalt is technically feasible, for both tested asphalt binders, at contents up to 3.0% and combined with 1.5% of lime.
 
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Data de Publicação
2019-09-24
 
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