Alteração das características superficiais de camadas asfálticas de pavimentos com nanopartículas e micropartículas: estudo de envelhecimento

Abstract

A deterioração de um pavimento asfáltico está diretamente relacionado com o envelhecimento do ligante asfáltico que ocorre devido à ação combinada da radiação ultravioleta (UV) e da oxidação na presença de oxigénio e de temperaturas elevadas. Desta forma a utilização de nanomateriais na indústria de construção rodoviária representa uma opção estrategicamente inovadora. A presente dissertação de mestrado tem como objetivo geral o estudo do envelhecimento de ligantes asfálticos modificados através de nanomateriais. Os betumes foram modificados através de dois métodos diferentes. O primeiro método consistiu na incorporação de nanopartículas de dióxido de titânio, micropartículas de dióxido de titânio e micropartículas de óxido de zinco em ligantes asfálticos convencionais. O segundo método utilizado foi a aspersão superficial de uma solução aquosa de nanopartículas de TiO2 no betume. Os betumes modificados foram avaliados através de vários ensaios básicos de caraterização e através de outros ensaios como o ensaio da espectroscopia de infravermelho (FTIR), ensaio clássico de envelhecimento RTFOT do inglês Rolling Thin Film Oven Test. De acordo com os resultados obtidos pelos ensaios básicos de caraterização pode-se concluir que através da incorporação as alterações verificadas não foram significativas, pois não se observou uma variabilidade significativa das propriedades do betume, quando comparadas com o betume convencional. Através da técnica de FTIR verificou-se que, a circunstância de ter sido necessário reduzir a temperatura das amostras para se poder realizar a técnica, possivelmente mascarou algumas das principais ligações químicas existentes no betume. Por outro lado verificou-se que o facto de se envelhecerem as amostras permitiu que os compostos à base de parafina (para tempos reduzidos de envelhecimento) emergissem à superfície, criando assim estruturas lamelares semi-rigidas.

The deterioration of an asphalt pavement is directly related to the aging of the asphalt binder, and a factor that strongly contributes to the aging of the binder its related to the combined action of ultraviolet radiation (UV) and the oxidation in the presence of oxygen and high temperatures. Thus, the use of nanomaterials in the road construction industry represents a novel option strategically aimed. The present dissertation aims to describe the study of asphalt binders modified ageing by the addition of nanomaterials. The bitumens were modified by two different methods. The first modification method that has been used is the incorporation of nanoparticles of titanium dioxide, microparticles of titanium dioxide and zinc oxide microparticles in conventional asphalt binders. The second method consisted in spray an aqueous surface of TiO2 nanoparticles in the bitumens. The modified bitumens were evaluated through various basic characterization test and through other tests as the test of infrared spectroscopy, FTIR, and the classic aging test of RTFOT, Rolling Thin Film Oven. According to the obtained results by the basic characterization test, it can be concluded that by incorporating the particles, the changes weren’t significant as there was no great variability of the properties of the bitumen when compared with conventional bitumen. By FTIR technique it was found that the fact that it was necessary to reduce the temperature of samples to be able to perform the technique, possibly masked some of the main chemical bonding into the bitumen. Moreover it was found that the fact that they age the samples allowed paraffin-based compounds (for reduced aging times) emerge to the surface, thereby creating semi-rigid lamellar structures.