Chromatographie sur couche mince (CCM)

Um dos aspetos importantes no comportamento das misturas betuminosas com borracha é a interação entre o betume e o granulado de borracha. O termo “interação” refere-se à difusão das frações leves do betume (óleos aromáticos e maltenos) na borracha, conduzindo a um aumento de volume das partículas da mesma (Hassan et al. 2014). Este aumento de volume das partículas de borracha, como um resultado da interação betume-borracha, é mostrado, esquematicamente, na Figura 2.8.

Figura 2.8 – Aumento de volume da borracha no processo de interação betume-borracha, Hassan, et al. (2014)

Quando a borracha entra em contato com o betume, a viscosidade do mesmo aumenta. Tal acontece porque, geralmente, a borracha absorve a fração de maltenos, que têm baixo peso molecular, deixando o betume residual com uma porção mais elevada de asfaltenos, que têm elevado peso molecular (Thodesen et al. 2009). A fração de maltenos difunde-se nas partículas de borracha, provocando um aumento das dimensões das partículas de borracha até se atingir um equilíbrio. Este equilíbrio é condicionado por fatores como a temperatura, o tempo de contacto entre o betume e a borracha, a composição química do betume, e o tipo e tamanho da borracha (Dong et al. 2012). Segundo Xiao et al. (2006), com calor e tempo suficientes, um maior grau de interação entre o betume e a borracha pode causar a despolimerização das partículas de borracha (processo químico de transformação de um polímero em moléculas da mesma composição quantitativa, mas de massa molecular menor). Quanto menor for o peso molecular da fração de maltenos, mais facilmente este se difundirá nas partículas de borracha (Hassan et al. 2014). (Xiao et al. 2006)

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Airey, Rahman, & Collop (2003) realizaram testes de absorção de aglutinante, recorrendo ao método do cesto (Basket Method), para investigar a interação betume-borracha através da medição da quantidade de betume absorvida pelo granulado de borracha. Os autores verificaram que a taxa de absorção de betume e o aumento de volume da borracha são maiores para betumes com valores de penetração mais elevados (betumes ricos em óleos aromáticos). Adicionalmente, outro estudo relatou que as partículas de borracha mais pequenas, aquando da reação com o betume, poderiam aumentar de volume para cerca de três a cinco vezes do seu tamanho inicial (Leite et al. 2003; Hassan et al. 2014). (Airey et al. 2003)

De forma geral, tem-se verificado que há um maior grau de interação betume-borracha, com propriedades melhoradas no processo húmido em relação ao processo seco, tornando assim o processo húmido o preferido para a modificação das misturas betuminosas. A interação betume-borracha, no processo húmido está bem estabelecida, pois é considerada a principal reação que ocorre no interior da mistura. No que toca ao processo seco, a interação betume- borracha está ainda pouco documentada. A maior parte da investigação realizada, relativamente ao processo a seco, geralmente assume que a reação entre a borracha e o betume na mistura é insignificante. Este pressuposto assenta na perceção de que apenas uma pequena interação pode ocorrer dentro de um intervalo de tempo de mistura limitado a elevadas temperaturas (Hassan et al. 2014). (Pinheiro & Soares 2003)

Contrariando a tese de que a interação betume borracha é reduzida no processo seco, alguns autores determinaram que, adicionando finas partículas de borracha à mistura betuminosa, é possível alcançar uma maior modificação do aglutinante. As partículas finas de borracha têm uma maior superfície específica, tornando-se, assim, mais reativas com o betume. Consequentemente, a introdução de partículas finas de borracha, através do melhoramento das propriedades elásticas e resilientes do betume a baixas temperaturas, reduz a suscetibilidade do mesmo à temperatura (Takallou & Hicks. 1988; Xiao et al. 2006). Para que a interação betume-borracha ocorra antes da compactação das misturas betuminosas é necessário cumprir um período de cura/ digestão da borracha mínimo. Pinheiro & Soares (2003) verificaram que sem cumprir o tempo de digestão da borracha, existe uma grande diferença entre o volume de vazios de uma mistura betuminosa com borracha adicionada por via seca e uma mistura betuminosa sem borracha. Para um período de cura superior a duas horas, apesar das misturas betuminosas apresentarem um aumento da densidade e do módulo de deformabilidade, a sua vida à fadiga sofreu uma diminuição.

17 Isto mostra que, garantindo um tempo de interação betume-borracha longo, sem que se ultrapasse as duas horas, é possível melhorar o desempenho das misturas betuminosas com borracha. Um dos motivos possíveis para a perda de resistência das misturas betuminosas sujeitas a períodos de cura muito longos poderá ser o facto haver uma elevada difusão dos óleos do betume nas partículas de borracha, afetando negativamente as propriedades adesivas do betume e, consequentemente, reduzindo a capacidade aglutinante entre o betume e os agregados. Por isto é recomendada a utilização de maior quantidade de betume, ou um betume com maior valor de penetração, nas misturas betuminosas com borracha face às misturas betuminosas convencionais (Airey et al. 2003; Xiao et al. 2006; Wang et al. 2013). Com o intuito de perceber qual o tempo necessário para que ocorra uma eficaz interação física entre o betume e a borracha nas misturas betuminosas com borracha adicionada por via seca, Feiteira (2011) efetuou um estudo de resistência conservada através de ensaios de compressão Marshall a misturas betuminosas com média (10% de borracha em relação à massa total de betume) e alta (20% de borracha em relação à massa total de betume) percentagem de borracha. Neste estudo foram considerados os tempos de interação física de 0; 30; 60; 90 e 180 minutos.

Feiteira (20011) verificou que as misturas com média percentagem de borracha apresentaram um valor máximo de resistência conservada para o tempo de interação física de 60 minutos. A partir deste tempo verificou-se um decréscimo dos valores de resistência conservada. Nas misturas betuminosas com alta percentagem de borracha, Feiteira (2011) observou que, com o aumento do tempo de interação física, aumentaram os valores de resistência conservada das misturas, não sendo possível observar um valor de pico para a mesma. No entanto, os valores de resistência conservada para tempos de interação entre os 90 minutos e os 180 minutos apresentaram uma evolução muito baixa.

Para além do estudo laboratorial, Feiteira (2011) realizou 3 trechos experimentais em Messines e um trecho experimental em Avis. Destes trechos experimentais foram recolhidas lajes e vigas para estudar o comportamento mecânico das misturas betuminosas. Nos trechos de Messines o tempo de interação entre o betume e a borracha (tempo decorrido desde a produção em central até à aplicação em obra) foi de 100 minutos para a mistura com média percentagem de borracha e de 94 minutos para a mistura com alta percentagem de borracha. No trecho de Avis o tempo de interação entre o betume e a borracha foi de 160 minutos.

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Do estudo laboratorial e dos trechos experimentais, Feiteira (2011) concluiu que as misturas com média e alta incorporação de borracha apresentaram um intervalo de tempo ótimo de interação entre o betume convencional e o granulado de borracha de 60 a 90 minutos (média percentagem de borracha) e de 90 a 180 minutos (alta percentagem de borracha).

Relativamente às propriedades do ligante, Feiteira (2011) verificou que o betume modificado com borracha resultante das misturas betuminosas produzidas por via seca, em relação ao betume convencional, apresentava maior valor do ponto de amolecimento, menor valor de penetração, maior resiliência e maior viscosidade.