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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2017.tde-22122022-182306
Documento
Autor
Nome completo
Matheus David Inocente Domingos
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2017
Orientador
Banca examinadora
Setti, Jose Reynaldo Anselmo (Presidente)
Leite, Leni Figueiredo Mathias
Savasini, Kamilla Vasconcelos
Bhasin, Amit
Soares, Jorge Barbosa
Título em inglês
The importance of the creep and recovery times on the rheological behavior and the susceptibility of modified asphalt binders to rutting
Palavras-chave em inglês
creep time
modified asphalt binders
performance grade
power model
recovery time
rutting parameters
Superpave specification
Resumo em inglês
The performance-related Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR) test and its corresponding rutting parameter nonrecoverable compliance Jnr – have advantages over the dynamic oscillatory shear test and the parameter G*/sinδ, but some limitations such as the limited applicability of the standardized creep-recovery times to modified binders have been a matter of concern in the literature. In an attempt to overcome such deficiencies, this study was conducted to quantify and evaluate the creep-recovery behavior of several modified binders equally graded in the Superpave® high temperature specification (PG 76-xx) with respect to their responses at different loading and unloading times (1/9, 2/9, 4/9, 8/9, 1/240 and 1/500 s). Five temperatures were selected in the study (52, 58, 64, 70 and 76°C) and 12 formulations were prepared from a 50/70 original material: AC+PPA, AC+Elvaloy+PPA, AC+rubber, AC+rubber+PPA, AC+SBS, AC+SBS+PPA, AC+EVA, AC+EVA+PPA, AC+PE, AC+PE+PPA, AC+SBR and AC+SBR+PPA. Dense-graded mixtures were also prepared with these binders and tested at 60°C to obtain the flow number (FN) values. A modified power model with four parameters (A, B, n and α) was selected to fit the binder data at longer creep and recovery times. The levels of correlation between FN and the binder data were high either for Jnr or GV (viscous component of the creep stiffness), and the rankings of binders and mixtures are almost the same for both parameters. These correlations became even better when the creep-recovery times of 2/9 s and 4/9 s were used, and it is believed that the steady state phenomenon played a role on the findings of the binder. Despite the identification of specific limitations, the parameter α may be used to have an estimation of the amount of percent recovery (R) in the binder, especially at standardized and longer loading times. The use of PPA together with a major additive in the binder (SBS, EVA, PE and SBR) tends to increase the rutting resistance of the formulation when the unloading time is equal to 9 s, but the AC+rubber and the AC+rubber+PPA are exceptions. With exception of the AC+Elvaloy+PPA, the AC+rubber and the AC+EVA (decreases in A and B with temperature), the increases in the accumulated strain in the binders with increasing creep time may be explained by the presence of higher strain rates (B values) and, in some cases, the nonlinear parameter (n) also gives some contribution to it. In terms of the binders with low levels of elasticity, the recovery time of 240 s may not be appropriate for all types of modifiers (especially the AC+rubber, the AC+SBR and the AC+SBS). With respect to the unloading time of 500 s, the AC+EVA showed recoveries equal to or approaching 100% at 100 Pa and temperatures no greater than 64°C, and the variables of the DSR may have affected the outcomes of materials such as the AC+Elvaloy+PPA. A refinement in the Superpave® specification criteria for assigning a traffic level to the binder is proposed, and these new criteria could help in choosing the best material for a specific paving application.
Título em português
A importância dos tempos de fluência e recuperação no comportamento reológico e na suscetibilidade de ligantes asfálticos modificados à deformação permanente
Palavras-chave em português
especificação Superpave
grau de desempenho
ligantes asfálticos modificados
modelo de potência
parâmetros de deformação permanente
tempo de fluência
tempo de recuperação
Resumo em português
O ensaio de fluência e recuperação sob tensão múltipla (MSCR) e o parâmetro Jnr (compliância não-recuperável) apresentam vantagens em relação ao ensaio em regime oscilatório e ao parâmetro G*/senδ, mas as limitações dos tempos padronizados de fluência e recuperação no comportamento dos ligantes asfálticos têm sido um dos motivos de preocupação entre os pesquisadores na literatura científica. Em uma tentativa de superar tais deficiências, o presente estudo foi realizado com o objetivo de quantificar e analisar o comportamento fluência-recuperação de diversos ligantes asfálticos modificados com a mesma classificação PG 76-xx e submetidos aos tempos de 1/9, 2/9, 4/9, 8/9, 1/240 e 1/500 s. Cinco temperaturas (52, 58, 64, 70 e 76°C) foram escolhidas e 12 formulações foram preparadas a partir de um CAP 50/70: CAP+PPA, CAP+Elvaloy+PPA, CAP+borracha, CAP+borracha+PPA, CAP+SBS, CAP+SBS+PPA, CAP+EVA, CAP+EVA+PPA, CAP+PE, CAP+PE+PPA, CAP+SBR e CAP+SBR+PPA. Misturas asfálticas densas também foram preparadas com estes materiais e ensaiadas a 60°C para determinação do valor de FN (flow number). Um modelo de potência com quatro parâmetros (A, B, n e α) foi escolhido para se ajustar aos dados dos CAPs nos tempos escolhidos para o estudo. As correlações entre FN e os parâmetros do CAP foram altas tanto para Jnr quanto GV (componente viscosa da rigidez de fluência), e os ordenamentos dos ligantes e misturas asfálticas são muito similares para ambos os parâmetros. Tais correlações se tornam ainda melhores quando os tempos de 2/9 e 4/9 s são escolhidos para o MSCR, e se acredita que o fenômeno de steady state exerceu influência nos dados dos ligantes asfálticos. Apesar de algumas limitações pontuais, o parâmetro α pode ser utilizado para estimar o percentual de recuperação do CAP (R), especialmente nos tempos de até 8/9 s. O uso do PPA juntamente com um aditivo principal (SBS, EVA, PE e SBR) tende a aumentar a resistência da formulação à deformação permanente quando o tempo de recuperação é de 9 s, mas o CAP+borracha e o CAP+borracha+PPA não se enquadram nestes comentários. Com exceção do CAP+Elvaloy+PPA, do CAP+borracha e do CAP+EVA (reduções em A e B com a temperatura), os aumentos de deformação permanente com o aumento dos tempos de fluência podem ser explicados pela presença de taxas de deformação maiores (parâmetro B); em alguns casos, o parâmetro de não-linearidade (n) também contribui para tais aumentos. Em termos dos materiais com níveis baixos de elasticidade, o tempo de 240 s pode não ser apropriado para todos os tipos de modificadores (especialmente o CAP+borracha, o CAP+SBR e o CAP+SBS). No que diz respeito ao tempo de recuperação de 500 s, o CAP+EVA apresentou recuperações iguais ou tendendo a 100% nas temperaturas de até 64°C e tensão de 100 Pa, e as variáveis internas do DSR podem ter influenciado os resultados de formulações como o CAP+Elvaloy+PPA. Uma proposta de refinamento nos critérios da especificação Superpave® para atribuição do nível de tráfego adequado ao CAP é feita na pesquisa, e se acredita que ela pode auxiliar na escolha da melhor formulação durante uma obra de pavimentação.
 
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Data de Publicação
2023-01-02
 
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