Avaliação comparativa dos parâmetros de dosagem de misturas asfálticas densas com incorporação de escória de chumbo

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é realizar a avaliação comparativa dos parâmetros de dosagem de misturas asfálticas densas, com a incorporação de escória de chumbo-ácido (ECA). Para tanto, as curvas granulométricas foram concebidas com base na metodologia teórica, utilizando as equações de Füller-Talbot. As misturas asfálticas formuladas possuem característica densa, considerando o diâmetro máximo da série de peneiras em 12,7 mm, compreendendo os seguintes teores de ligante betuminoso nas dosagens: 4,86 %, 5,18 %, 5,50 %, 5,82 %, 6,14 %, 6,46 %, 6,78 %, 7,10 %, 7,42 %, 7,74 % e 8,06 %. A escória bruta foi obtida a partir de passivo estocado e oriundo da reciclagem de bateria veicular. A caracterização, após classificação por peneiramento, foi realizada a partir de análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de Raios-X (DRX), espectrometria por fluorescência de Raios-X (FRX), textura superficial por adsorção de Nitrogênio (BET), espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR) e, termogravimetria e calorimetria diferencial (TGA/DSC). A incorporação da escória de chumbo nas misturas asfálticas deu-se entre as frações passantes nas peneiras 0,30 mm e 0,075 mm, relacionadas à curva granulométrica de projeto, tendo sido testadas duas variações percentuais (7,0 % e 15,0 %), as quais foram comparadas às formulações de referência integralmente compostas por granulares britados de maciço rochoso gnáissico, obtidos em jazida situada na região metropolitana de Joinville/SC. O ligante betuminoso é classificado na faixa de penetração 30/45, proveniente de refinaria e distribuidor localizados no Estado do Paraná. Os parâmetros de dosagem das misturas asfálticas foram determinados com o uso da metodologia Marshall, oficialmente homologada no Brasil pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). Avaliações complementares das dosagens potenciais de trabalho indicadas pelo método Marshall foram efetuadas com a verificação da resistência à ruptura por tração indireta e resistência à ação da água no ensaio de Duriez a 18 ºC. Ainda, análises de lixiviação também foram realizadas, para investigar a capacidade da escória de chumbo em causar impactos e danos ao meio ambiente. Os resultados obtidos mostram que, dentro do contexto da campanha experimental realizada, a incorporação da ECA apresentou baixa viabilidade técnica em comparação às formulações de referência. Isso se deve ao maior grau de insalubridade e à menor trabalhabilidade durante a manipulação e usinagem. Além disso, a escória apresentou problemas como carbonatação, risco elevado de contaminação ambiental por lixiviação de metais pesados e maiores custos de produção devido à necessidade de um consumo maior de ligante betuminoso nas dosagens. Entretanto, a boa resistência à ação deletéria da água sugere que o uso da escória de chumbo-ácido em misturas asfálticas pode ser viável, desde que sejam utilizadas técnicas eficazes para encapsular o material adequadamente, aliadas ao uso de ligantes betuminosos mais consistentes ou modificados.

The main goal of this research is to evaluate comparatively the dosing parameters of dense asphalt mixes, with incorporation of lead-acid slag. The aggregate gradation was designed based on theoretical method, considering Füller-Talbot equations. The maximum diameter of the sieve series was set at 12.7 mm, comprising the following binder contents: 4.86 %, 5.18 %, 5.50 %, 5.82 %, 6.14 %, 6.46 %, 6.78 %, 7.10 %, 7.42 %, 7.74 % e 8.06 %. The raw slag was collected from stored waste amounts and generated after recycling of vehicular batteries. The characterization of the slag, after sieving classification, was carried out by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometry (XRF), surface texture by Nitrogen adsorption (BET), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and thermogravimetry and differential scanning calorimetry (TGA/DSC). Incoporation of the lead-acid battery slag into asphalt mixes comprised substitution of fractions passing through the sieve range from 0.30 mm to 0.075 mm, related to designed aggregate gradation, being tested two percent variations (7.0 % and 15.0 %), which were compared to the reference formulations, previously studied and developed entirely with gneissic crushed rock particles, provided by a quarry located in metropolitan region of Joinville/SC. Neat asphalt binder was classified as 30/45 by penetration tests, supplied by a distribution plant from Curitiba/PR. Dosing parameters were determined with use of the Marshall methodology scope, due to be officially homologated by the Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). Additional assessments were proceeded taking into account the possible suitable formulation pointed out by the Marshall method, upon carrying out indirect tensile tests and resistance to action of water in Duriez test at 18 ºC. Furthermore, leaching analyses were also carried out, in order to verify the lead-acid slag capacity of causing environmental damage and impact. The results obtained indicate, taking into account the context explored along the experimental campaign, that the incorporation of the lead-acid slag studied demonstrated lower technical feasibility when compared to the reference formulations, due to the higher degree of unhealthiness and lower workability during manipulation and production procedures, respectively, as well as lower compaction ability, carbonation occurrence, strong risk of environmental contamination by leaching of heavy metals, and higher economical production expenditure due to the consumption of bituminous binder required. However, aspects such as good resistance to action of water and compatible rutting results to the standardized BBSG classes, point to the possibility of using lead-acid slag in the asphalt mix formulations, since suitable and effective encapsulating techniques be developed, in line with the use of stiffen and modified asphalt binders.