Estudo da utilização de areia descartada de fundição (ADF) na formulação e no desempenho mecânico de misturas de concreto asfáltico

Abstract

A areia descartada de fundição (ADF) é um dos resíduos sólidos industriais de maior volume, e é proveniente do desmolde de peças metálicas produzidas em indústrias de fundição. Dependendo do processo de fundição e da composição do material moldado, a areia resultada pode conter elementos, ou compostos químicos, danosos ao meio ambiente. Visando reduzir possíveis impactos ambientais, o volume gerado de ADF vem se acumulando em aterros industriais ao longo dos anos, implicando no aumento de custos para os produtores e, consequentemente, elevando os preços finais dos produtos fundidos. O objetivo desse trabalho é apresentar um estudo comparativo e aplicado na utilização de dois tipos de ADF na composição parcial do esqueleto mineral de misturas asfálticas densas. Para tanto, foram realizados ensaios de caracterização e revisão da literatura técnica para a obtenção de dados referentes ao agregado pétreo granítico e das ADF, provenientes do município de Joinville/SC; e do ligante asfáltico (CAP 50/70) oriundo da refinaria REPAR (Petrobrás), de Araucária/PR. Também foram realizados ensaios de Fluorescência de Raio X (FRX), Difração de Raio X (DRX) e análise com Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) no Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). No ensaio de Fluorescência de Raio X constatou-se uma elevada presença de dióxido de silício (SiO2), elemento eletronegativo, em todos os agregados utilizados nesse estudo, explicando a má adesividade desses com o CAP 50/70, também eletronegativo. A formulação dos esqueletos minerais das misturas asfálticas foi definida pela equação de Füller ou Talbot, ou seja, a partir de um método racional. A moldagem dos corpos de provas de misturas asfálticas convencionais (sem adição de ADF) e de misturas asfálticas com cada uma das ADF foi pela metodologia Marshall, recomendada pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) para a obtenção do teor ótimo de betume. Visando obter outros parâmetros do comportamento mecânico, foram realizados os seguintes ensaios: Resistência à Tração Indireta e Resistência à Tração por Umidade Induzida (Lottman Modificado). Todos os resultados referentes à resistência estão em conformidade com os limites normativos. Os valores das estabilidades do ensaio Marshall e os resultados do ensaio de Resistência à Tração Indireta foram levemente inferiores nas misturas asfálticas com ADF, comparadas às convencionais. Entretanto, no ensaio Lottman Modificado, uma das misturas asfálticas com ADF obteve uma resistência à tração indireta superior à da mistura asfáltica convencional. Durante a execução dos ensaios observou que, apesar dos corpos de prova não condicionados do ensaio Lottman Modificado passarem pelos mesmos procedimentos dos utilizados no ensaio de Resistência à Tração Indireta, diferindo apenas na quantidade de golpes realizados na compactação, todas as resistências à tração indireta do Lottman Modificado foram superiores aos do ensaio de Resistência à Tração Indireta. Esses resultados podem indicar uma possível influência do tipo de compactação sobre o comportamento mecânico de misturas asfálticas. O trabalho conclui que, do ponto de vista mecânico, as areias descartadas de fundição analisadas podem ser reaproveitadas na composição parcial do esqueleto mineral de misturas asfálticas densas.

The Spent Foundry Sand (SFS) is one of the largest industrial solid waste volume, and it is from the sand casting process in foundry industries. Depending on the foundry process and the composition of the metal, the sand may contain elements or chemical compounds harmful to the environment. Thus, aiming at reducing possible potential environmental impacts, the generated amount of SFS has been accumulating in industrials landfills over the years, implying an increase in costs of the foundry companies and, consequently, raising the final prices of cast products. The main goal of this work is to present a comparative and applied study on the reuse of this material on partial composition of mineral skeleton in dense-graded hot mix asphalt (HMA). Therefore, characterization tests were carried out and a review of the technical literature was made to obtain more information about the granite aggregate and the SFS, from Joinville; and the 50/70 pen bitumen from REPAR Refinery (Petrobras), from Araucária/PR. X-Ray Fluorescence (XRF), X-Ray Diffraction (XRD), and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) on the Scanning Electron Microscope (SEM) were also conducted. In the XRF analysis were found a higher presence of Silicon Dioxide (SiO2), electronegative element, in all the aggregates used in this study, explaining the poor adhesion between the aggregates and the bitumen, which is also electronegative. The formulation of the mineral skeletons of asphalt mixtures were defined by the Füller’s or Talbot’s Equation, i.e., from a rational procedure. The molding of the conventional asphalt mix (without SFS) and SFS asphalt mixes specimens were made according to the Marshall test, recommended by the Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte (DNIT) for obtain the optimum bitumen content. Aiming to obtain other mechanical behavior parameters, the following tests were carried out: Indirect Tensile Strength and Modified Lottman. All the test results referring to the resistance were in accordance with the limits established by technical standards. The Marshall stabilities and the Indirect Tensile Strength test results of SFS asphalt mixes were slightly lower than the same conventional asphalt mix parameters. However, the Modified Lottman test presented one of the SFS asphalt mix indirect tensile strength value higher than the conventional asphalt mix indirect tensile strength. During the execution of the tests, it was noted that although the Modified Lottman unconditioned specimens have the same procedures as the Indirect Tensile Strength test specimens, differing only in the number of blows, all the Modified Lottman indirect tensile strength values were higher than the Indirect Tensile Strength test results. These results may indicate a possible influence of the type of compaction on the mechanical behavior of dense-graded hot mix asphalt. From the point of view of mechanical behavior, this work concludes that the spent foundry sand (SFS) analyzed can be reused on partial composition of mineral skeleton in dense-graded hot mix asphalt.