Asfalto de Qualidade

Asfalto de Qualidade

domingo, 16 de novembro de 2014

Cuidados na Produção da Mistura Asfáltica

Um ótimo texto técnico escrito pelo meu colega Eng. Marcelo Zubaran, especialista em Usinas de Asfalto e Misturas Asfálticas.

Destaca a importância de adequar processos em relação a tipos de agregados e a umidade contida nos mesmos, que influenciam diretamente a produção e a qualidade da mistura asfáltica. Inúmeros problemas de qualidade em obras rodoviárias surgem no processo de usinagem. Um somatório de pequenos erros podem gerar um material sem a qualidade necessária, comprometendo a vida útil da rodovia.

Vale a pena a leitura. Texto original no seguinte link:

http://www.sinicesp.org.br/materias/2014/bt12a.htm


QUALIDADE E ECONOMIA

Uma visão sobre a influência dos agregados, controle de umidade e adequação do processo

Marcelo Zubaran

O concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) é composto de cimento asfáltico de petróleo (CAP) e agregados britados ou não britados (areias e seixo, por exemplo). As características físico-químicas do CAP dependem basicamente do petróleo e das condições de refino e, portanto, resultam em características conhecidas e previsíveis. Assim, sabe-se exatamente o que esperar desse ligante asfáltico. Já os agregados apresentam especificações intrínsecas dos processos de sua formação, função do intemperismo e de outros fenômenos que resultam em materiais com qualidades únicas.Os agregados apresentam as características dos minerais que os constituem, e o tipo de rocha prediz ligeiramente alguns traços físico-químicos das pedras, mas a margem de erro pode ser grande.

Uma das premissas para a produção de um CAUQ é retirar toda a umidade dos agregados, seja esta superficial e/ou absorvida. A usina de asfalto é principalmente um sistema térmico, no qual se deve retirar toda a umidade dos agregados para que ocorra a “pintura” de CAP em suas arestas. A secagem, dessa forma, é fundamental, pois os agregados são atraídos mais pela água do que pelo CAP. Este ligante não adere às superfícies dos agregados se houver água e, logo, a mistura asfáltica perderá qualidade.

No que tange à umidade dos agregados, retirar a água presa na superfície da pedra não é uma tarefa muito difícil. A adsorção é o fenômeno que mantém a água aderida nas arestas dos solos/agregados, razão pela qual não existe material pétreo seco na natureza. Já a absorção é a quantidade de água que um agregado consegue absorver em seus poros quando submerso em água. Retirar a água absorvida é muito mais complexo e demorado. Além disso, após a retirada da água absorvida dos agregados, o CAP entra parcialmente nos poros livres de água (não integralmente, porque o CAP é mais viscoso que a água) e, assim, quanto maior a absorção de um agregado, maior a absorção de CAP durante a mistura e maior será o consumo de CAP no CAUQ, tornando a mistura mais cara sem trazer benefício.
 
Uma característica da rocha que dificulta a secagem, em especial a água absorvida, é a presença de minerais argilosos, principalmente se esses minerais forem da classe das esmectitas. Esses argilominerais retêm a água em sua estrutura, e esta água retida se torna mais viscosa, dificultando o escoamento. Também deve ser levada em conta a geometria dos poros dos agregados. Quanto menores forem os poros por onde a água penetrará, maior será o percurso da água ao sair, e mais difícil torna-se o processo de secagem.
 
O tipo de rocha utilizada como agregado influencia ligeiramente o comportamento do mesmo com umidade. Rochas como granito e gnaisse tendem a apresentar maior quantidade de argilominerais, e rochas como o basalto também podem apresentar argilominerais, porém normalmente em menor quantidade. O basalto, em geral, apresenta maior porosidade que o granito e o gnaisse. Além disso, agregados não britados, oriundos de rios, como areia e seixo rolado, apresentam grande capacidade de absorção de água e têm formato arredondado, o que prejudica a mistura asfáltica em função da menor resistência ao cisalhamento e tendência de deformação permanente.
 
A adesividade entre os agregados e o CAP depende da completa secagem dos agregados e também da polaridade superficial destes, função dos minerais que o constituem. Agregados de granito e gnaisse são carregados negativamente em sua superfície (são ácidos) e o basalto e o calcário são positivos (ou básicos). Uma alternativa de corrigir a acidez de granitos e gnaisse é através da inserção de cal hidratada, de origem calcítica. Também chamada de filler, essa cal reverte a polaridade da superfície dos agregados ácidos e melhora a capacidade adesiva com o CAP, pois este é levemente ácido.
 
A usina deve trabalhar em função das características dos insumos da produção de CAUQ. Agregados mais porosos devem ficar mais tempo no sistema térmico, enquanto que agregados ácidos devem ser mais aquecidos que os básicos. As variações dessas características devem ser compreendidas pela usina de asfalto, que deve compilar essas variações para produzir misturas asfálticas conhecidas e adequadas ao uso.
 
Durante a troca de calor entre a chama do queimador e os agregados, os três fenômenos de troca térmica acontecem em pontos diferentes e com relevâncias distintas. A entrada dos agregados no tambor é auxiliada por um helicoide, que projeta os mesmos para dentro do sistema de secagem. Nessa etapa, inicia-se o processo de cascateamento, cujo principal mecanismo de transferência de calor é a convecção. A retirada da umidade dos agregados ocorre na zona de convecção, logo, quanto maior for esta zona, maior será a capacidade de secagem dos agregados. Assim, agregados mais porosos devem permanecer mais tempo na zona de convecção do secador. As aletas de cascateamento são configuráveis, de forma a variar o tempo de convecção. Além disso, é possível alterar a quantidade de aletas de retenção, defletores que ficam entre duas zonas de aletas de cascateamento e diminuem a velocidade de fluxo dos agregados no secador. Após a zona de cascateamento existem aletas mistas, proporcionando troca de calor por convecção, radiação e até condução, pois os agregados estão mais próximos da fonte de calor e permanecem mais tempo junto às aletas. No final do secador não ocorre mais cascateamento e os agregados percorrem o tambor na parte inferior deste, recebendo calor principalmente por radiação, aquecendo os agregados até a temperatura definida em projeto. O ângulo do secador com a horizontal e a velocidade de giro do mesmo também determinam o tempo de permanência dos agregados no sistema térmico. Quanto menor for tal ângulo e a velocidade, maior será este tempo e a capacidade de secagem, sendo a necessidade de transporte de agregados ao longo do secador uma restrição em alongar muito o tempo de permanência. Também o comprimento do secador é proporcional à capacidade de secagem, independentemente do aquecimento. 
 
 
 
 
 
Após passar por todo o sistema térmico da usina, os agregados devem estar secos e na temperatura definida em projeto. Na prática, aceita-se até 0,3% de umidade residual dos agregados, mas o objetivo é sempre reduzir ao máximo a umidade residual, sempre buscando a eliminação total.
 
Dependendo da geometria dos poros e dos minerais constituintes nessas cavidades, o agregado pode demorar muito para secar completamente e, por vezes, a pedra é seca na superfície, ocorrendo adesão com o CAP no misturador mesmo com a água temporariamente confinada nos poros. Nesses casos, após certo período, a água começa a ferver dentro dos poros e rompe a ligação adesiva com o CAP. Verifica-se o gotejamento de água no caminhão logo após a usinagem e/ou durante a aplicação.
 
 
 
 
Essa perda de adesividade não somente prejudica a coesão da mistura, como diminui o volume de vazios, pois a parcela de CAP que seria absorvida nos poros dos agregados não o é, sobrando CAP na mistura, o que reduz o volume de vazios. Nesses casos, os agregados devem ficar mais tempo na zona inicial do secador, onde ocorre a troca de calor por convecção. Se essa adequação não for suficiente, deve-se pensar em trocar os agregados e evitar tanto usinas com secador de fluxo paralelo quanto aquelas com mistura interna, mesmo que de contra-fluxo. Estas tecnologias têm menor eficiência na remoção de umidade dos agregados. Esse caso é comum quando se trabalha com areia de rio ou com agregados com alto índice de absorção e grande quantidade de argilominerais da classe das esmectitas.
 
Quando se trabalha com agregados ácidos com alta absorção e não há disponibilidade de cal de origem calcítica, é comum o uso de agentes melhoradores de adesividade. Normalmente chamado de Dope, esse aditivo reduz a tensão superficial do CAP e assim melhora a adesividade mesmo com agregados levemente úmidos.Também o tipo de CAP pode auxiliar na adesividade. Cimentos asfálticos mais viscosos aumentam a espessura da película de ligante envolto às arestas dos agregados, o que melhora a coesão da mistura. Técnicas mais recentes como Warm Mix Asphalt (WMA) ou misturas mornas também possibilitam adesão com pequeno grau de umidade dos agregados.
 
Independentemente das opções de materiais, os agregados disponíveis na obra devem estar armazenados em local coberto, principalmente os mais finos, pois apresentam maior área superficial e assim retêm maior porcentagem de umidade. Quando os agregados são porosos e com argilominerais, a cobertura se torna ainda mais essencial. A produção de uma usina de asfalto é inversamente proporcional à umidade dos agregados. Logo, quanto menor a umidade, menor será o consumo de combustível da usina, além dos benefícios relacionados com a qualidade da mistura. A economia de combustível alcançada com cobertura dos agregados e preparação do ponto de armazenamento, por exemplo, pode facilmente pagar o investimento em alguns meses e passar a gerar retorno financeiro. Mais informações: www.ciber.com.br.
 
Marcelo Zubaran
Especialista de Produtos na Ciber Equipamentos Rodoviários Ltda