Efeito de fibras sintéticas nas propriedades de ligantes e concretos asfálticos

Abstract

O CAP (cimento asfáltico de petróleo) desempenha papel fundamental na ligação entre agregados e na impermeabilização do revestimento. Embora o ligante represente apenas uma pequena fração em peso das misturas asfálticas, suas propriedades são fundamentais para o desempenho mecânico da camada de revestimento. As propriedades físicas e reológicas dos ligantes convencionais podem ser melhoradas pela adição de modificantes, tais como polímeros e fibras sintéticas. Esta pesquisa visa avaliar a influência de uma composição de fibras de polipropileno e fibras de aramida incorporadas a um ligante convencional do tipo CAP 50/70 (classificação por penetração). As fibras de polipropileno supostamente agem como modificante, incorporando-se ao CAP puro, enquanto que as fibras de aramida permanecem intactas fornecendo um reforço mecânico à matriz de uma mistura asfáltica. Com o objetivo de avaliar a atuação da fibra de polipropileno como agente modificante, foram confeccionadas amostras de CAP 50/70 e fibras em diferentes teores (0% a 3%) e foram realizados ensaios convencionais de penetração, viscosidade absoluta e ponto de amolecimento antes e após o envelhecimento em estufa do tipo RTFOT, além de ensaios de estabilidade a estocagem. Observou-se melhora na maioria parâmetros físicos do ligante com o aumento do teor de fibras. Para avaliação do efeito das fibras de polipropileno e de aramida nas propriedades mecânicas de uma mistura, optou-se em trabalhar com uma mistura do tipo CPA (camada porosa de atrito), enquadrada na faixa IV (DNER ES 386/99). Para estas misturas utilizou-se o CAP 50/70 com teor de fibras de aramida e polipropileno de 0,05% do peso total da mistura. Foi estudada a dosagem adequada e confeccionados diferentes corpos de prova, os quais foram submetidos a ensaios de resistência à tração, módulo de resiliência, desgaste cântabro, fadiga (por tração indireta) e fluência estática (creep). Esta campanha de ensaios mecânicos produziu resultados contraditórios em relação aos ganhos gerados pela adição de fibras. Em relação às amostras convencionais, os corpos de prova com a incorporação de fibras, no geral, apresentaram maior resistência à tração, módulos de resiliência mais elevados e maior vida de fadiga, entretanto também apresentaram maior desgaste cântabro e deformações permanentes mais elevadas. Os parâmetros obtidos durante a campanha experimental para as amostras convencionais e modificadas/reforçadas forneceram subsídios para a avaliação mecanística da estrutura de um pavimento típico, utilizando-se o programa KENLAYER. Para as condições específicas analisadas, a estrutura com o revestimento reforçado não apresentou melhor desempenho que o tradicional. A melhora observada em laboratório para a vida de fadiga foi contrabalançada pelo módulo de resiliência mais elevado da mistura com fibras. As deformações permanentes por fluência também foram mais elevadas. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The asphalt cement plays a major role in hot mix asphalts (HMA) by bonding the mineral aggregates and conferring impermeability. Despite the relatively small percentage of asphalt cement in hot mixes, the mechanical properties of asphalt layers are highly dependent on the quality of the binder. The physical and rheological properties of asphalt binders can be improved by the addition of modifiers, such as polymers and synthetic fibers. The main objective of this dissertation is to investigate the influence of a blend of polypropylene and aramid fibers added to a conventional binder classified as CAP 50/70 (Brazilian penetration grade). The polypropylene (PP) fibers supposedly act as real modifiers, being incorporated into the straight binder, while the aramid fibers should remain intact and act as a mechanical reinforcement to the HMA matrix. In order to evaluate the first effect, several samples of modified binders were prepared by incorporating different percentages (0% to 3%, every 0.5%) of PP fibers. The modified binders were subjected to conventional tests, such as penetration, rotational viscosity and softening point, before and after an aging process in rolling thin film oven (RTFOT). The stability to storage was also verified. Most of the physical properties showed some small improvement with the addition of PP fibers. In order to check the mechanical effects of blend mix of fibers, the author prepared porous asphalt mixes, known as CPA, using aggregates (gap graded gradation, envelope IV) specified by Brazilian standard DNER ES 386/99. The amount of the blend of fibers corresponded to 0.05% of the weight of the total mix. After investigation the best dosage, the samples of CPA were subjected to the following mechanical tests: indirect tensile strength, modulus of resilience, Cantabro abrasion, fatigue life (using indirect tension) and static creep. Based on the results of this experimental campaign, the benefits of the addition of these fibers were contradictory. Compared to samples using conventional binders, the samples with fibers generally produced higher indirect tensile strength, higher fatigue life and high resilient modulus, but also resulted in higher Cantabro loss and higher permanent deformations during the creep test. The parameters calibrated from these tests for conventional and modified/reinforced samples were used to perform mechanistic analyses of a typical pavement structure, using program Kenlayer. For the conditions analyzed here, the pavement using fibers did not perform better than the conventional one. Possible gains in fatigue life were counterbalanced by the higher resilient modulus of the modified mixes. Permanent deformations were also higher, due to creep effects.