Aplicação do óleo de palma como agente rejuvenescedor de asfaltos envelhecidos

Abstract

O uso de Pavimento Asfáltico Recuperado (RAP) em misturas asfálticas é atraente devido aos benefícios econômicos e ambientais que a prática proporciona, principalmente pela redução do consumo de agregados e ligantes virgens, além de promover uma destinação adequada de um material nobre, o asfalto fresado . A tem crescido no cenário brasileiro em virtude do aumento dos custos dos insumos técnicos asfálticos e devido à promoção da sustentabilidade e preservação de recursos ambientais. Porém, a quantidade de RAP empregada nas misturas asfálticas é limitada devido ao baixo desempenho em temperaturas baixas e proporcionadas pelo asfalto envelhecido presente no RAP, que resulta em misturas e propostas ao trincamento térmico e fadiga. Nesse sentido, torna-se viável o uso de agentes rejuvenescedores, que atuam como restauradores das propriedades do asfalto, afetados pelo envelhecimento. Os óleos vegetais podem cumprir esse papel, sendo uma alternativa aos produtos já comercializados, em virtude do custo inferior e origem de fontes limpas e renováveis. Este estudo tem como objetivo analisar por meio de ensaios reológicos o uso do óleo de palma como agente de rejuvenescimento de asfaltos envelhecidos como uma alternativa de fonte limpa e renovável para recuperação de asfaltos envelhecidos. Para isso, um asfalto CAP 50/70 (referência) foi envelhecido em laboratório em curto e em longo prazo, nos equipamentos Rolling Thin-Film Oven Test (RTFO) e Pressure Aging Vessel (PAV), respectivamente. Nas amostras envelhecidas foram incorporados teores de 2%, 4%, 6%, 8% e 10%, em peso, de óleo de palma (asfaltos rejuvenescidos). Os efeitos do rejuvenescimento foram observados através da avaliação das propriedades físicas encontradas em ensaios casuais (penetração, ponto de amolecimento e peculiaridades), comparativamente ao asfalto referência. As propriedades reológicas, medidas em um reômetro de cisalhamento sonoro, foram a determinação das restrições do Superior Performing Asphalt Pavements (SUPERPAVE) em temperaturas altas e específicas, e o desempenho dos resultados dos ensaios Linear Amplitude Sweep (LAS) e Multiple Stress Creep and Recovery ( MCSR). Verificou-se que a adição do óleo de palma proporcionou a diminuição do módulo complexo e a diminuição do ângulo de fase. Em relação ao desempenho, os asfaltos rejuvenescidos apresentaram maior vida de fadiga, porém mais suscetíveis à deformação permanente. Esses efeitos se tornam mais acentuados à medida que se incrementa óleo de palma no asfalto. A partir dos resultados obtidos, foram determinados modelos matemáticos, em função do teor de óleo de palma, para cada parâmetro, como, Grau PG de alta temperatura, conformidade não-recuperável a 3,2 kPa (obtida no ensaio MSCR), parâmetros de previsão de desempenho à fadiga da previsão Superpave (G*·sen(d) e G*/sen(d)) e o número de ciclos na ruptura para as deformações de 1,25%, 2,5% e 5,0% (obtidos no ensaio LAS). O ótimo teor de óleo de palma obtido foi de 4,3%, definido com base nas propriedades de desempenho do asfalto. Foi produzida uma amostra com teor de 4,3% de óleo de palma e submetida a ensaios reológicos para comparação. Os resultados mostraram que em altas temperaturas, o grau PG, a conformidade não-recuperável a 3,2 kPa (Jnr3,2) e o parâmetro G*/sen(d) foram de 64°C, 0,27 kPa-1 (58 °C) e 4,45 kPa (58°C), respectivamente, enquanto que para o asfalto de referência foram 58°C, 059 kPa-1 (58°C) e 1,98 kPa (58°C), registra uma tendência de melhor desempenho à deformação permanente pela adição de óleo de palma. Em temperaturas intermediárias, o parâmetro G*·sen(d) e o fator de fadiga do ligante (FFL), determinados a 19°C, foram de 3,7 MPa e 1,38, respectivamente para o asfalto rejuvenescido, enquanto os resultados para o asfalto de referência foram 3,4 MPa e 1,3. Assim, o óleo de palma poderia promover uma melhoria da resistência à fadiga. Além disso, para representar a condição de campo e comparar o desempenho do óleo de palma com um rejuvenescedor disponível no mercado, uma amostra de asfalto foi extraída de material fresco (RAP) e incorporada 7,5% de óleo de palma e do agente rejuvenescedor comercial, valor percentual indicado pelo fabricante. Os resultados mostraram que o óleo de palma pode ser utilizado como rejuvenescedor de asfalto, com resultados similares ao agente rejuvenescedor comercial. Ambos os rejuvenescedores, óleo de palma e comercial, resultaram em amostras de asfalto rejuvenescido características como específicas ao tráfego muito pesado.

Abstract: The use of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) in asphalt mixtures is attractive due to the economic and environmental benefits that the practice provides, mainly by reducing the consumption of virgin aggregates and binders, as well as promoting the proper disposal of a noble material, the milled material. The technique has grown in Brazil due to the rising costs of asphalt inputs and the promotion of sustainability and preservation of environmental resources. However, the amount of RAP used in asphalt mixtures is limited due to the low performance at low and intermediate temperatures provided by the aged asphalt present in RAP, which results in rigid mixtures subject to thermal cracking and fatigue. In this sense, rejuvenating agents use, which act as restorers of asphalt properties affected by aging, become viable. Vegetable oils can fulfill this role as an alternative to products already on the market due to their lower cost and origin from clean and renewable source. This study aims to analyze through rheological tests the use of palm oil as a rejuvenating agent for aged asphalt as an alternative clean and renewable source for recovering aged asphalt. Thus, a CAP 50/70 asphalt (reference) was aged in the laboratory in the short and long term, in the Rolling Thin-Film Oven Test (RTFO) and Pressure Aging Vessel (PAV) equipment, respectively. The aged samples contained 2%, 4%, 6%, 8% and 10% by weight of palm oil (rejuvenated asphalts). The effects of rejuvenation were observed by evaluating the physical properties obtained in conventional tests (penetration, softening point and viscosity) compared to the reference asphalt. The rheological properties, measured in a dynamic shear rheometer, were the determination of the parameters of the Superior Performing Asphalt Pavements (SUPERPAVE) at high and intermediate temperatures and the performance of the results of the Linear Amplitude Sweep (LAS) and Multiple Stress Creep and Recovery (MCSR) tests. It was found that adding palm oil led to a decrease in the complex modulus and a reduction in the phase angle. Regarding performance, the rejuvenated asphalts had a longer fatigue life but were more susceptible to permanent deformation. These effects became more pronounced as palm oil was added to the asphalt. Based on the obtained results, mathematical models were determined, as a function of palm oil content, for each parameter, such as high-temperature PG grade, non-recoverable compliance at 3.2 kPa (from the MSCR test), fatigue performance prediction parameters from the Superpave specification (G*·sen(d) and G*/sen(d)) and the number of cycles at failure for deformations of 1.25%, 2.5% and 5.0% (from the LAS test). The optimum palm oil content obtained was 4.3%, defined based on the asphalt's performance properties. A sample with 4.3% oil palm content was produced and subjected to rheological tests for comparison. As a result, at high temperatures, the high degree of PG, the non-recoverable compliance at 3.2 kPa (Jnr3.2) and the parameter G*/sen(d) were 64°C, 0.27 kPa-1 (58°C) and 4.45 kPa (58°C), respectively, while for the reference asphalt were 58°C, 059 kPa-1 (58°C) and 1.98 kPa (58°C) indicating a tendency of better performance to permanent deformation due to oil palm addition. At intermediate temperatures, the G*·sen(d) parameter and the binder fatigue factor (FFL), determined at 19°C, were 3.7 MPa and 1.38, respectively for the rejuvenated asphalt, while the results for the reference asphalt were 3.4 MPa and 1.3. Thus, oil palm could able the advance fatigue resistance improvement. In addition, to represent field conditions and compare the performance of palm oil with a commercially available rejuvenator, an asphalt sample was extracted from milled material (RAP), and 7.5% palm oil and the commercial rejuvenating agent were incorporated, the value indicated by the material producer. The results showed that palm oil can be used as an asphalt rejuvenator, producing similar results to the commercial rejuvenating agent. Both oil palm and commercial rejuvenators resulted in samples of rejuvenated asphalt classified as suitable for very heavy traffic.