Estudo e comparação do desempenho mecânico e reológico entre concretos asfálticos modificados por polímero SBS, borracha moída de pneu e nanomateriais

Autor: Marcon, Matheus Felipe
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCUniversidade Federal de Santa CatarinaUFSC.
Druh dokumentu: masterThesis
Popis: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2016.
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Grande parte das deficiências dos pavimentos se dá pela não conformidade dos materiais empregados em revestimentos asfálticos com a demanda de tráfego ao qual são submetidos. Nessa direção, a modificação dos ligantes asfálticos é uma alternativa para melhorar o desempenho desse material e, consequentemente, do concreto asfáltico, frente aos diversos mecanismos de degradação. Por isso, é fundamental o estudo das propriedades dos concretos asfálticos modificados, principalmente no que diz respeito à caracterização reológica e à fadiga e à resistência à deformação permanente, pois estes são considerados os principais mecanismos de degradação dos revestimentos asfálticos. Este trabalho teve como objetivo avaliar tanto o desempenho mecânico quanto o reológico de misturas asfálticas contendo quatro tipos diferentes de agentes modificadores: polímero SBS, borracha moída de pneu, nanoargila organofílica e nanotubo de carbono. As misturas nanomodificadas foram desenvolvidas na pesquisa de Melo (2014). As propriedades empíricas dos ligantes modificados foram avaliadas e, para cada mistura, foi obtido o teor de ligante de projeto a partir da dosagem Superpave. Na sequência, procedeu-se à produção de misturas asfálticas modificadas por polímero SBS e borracha moída de pneu, que foram submetidas ao dano por umidade induzida pelo ensaio de Lottman modificado, à deformação permanente no simulador de tráfego francês, módulo complexo e resistência à fadiga no aparato quatro pontos. Todas as misturas apresentaram desempenho satisfatório quanto ao dano por umidade induzida. Quanto à deformação permanente, os resultados obtidos foram todos superiores aos da mistura convencional, sendo que a mistura com nanotubo de carbono apresentou o menor afundamento. A verificação do comportamento reológico mostrou que as misturas modificadas por polímero SBS e borracha moída de pneu apresentam valores de módulo complexo e ângulo de fase inferiores aos das misturas nanomodificadas. A respeito da resistência à fadiga, as misturas modificadas por polímero SBS e borracha moída de pneu apresentaram desempenho consideravelmente superior às misturas nanomodificadas. A elevada resistência à fadiga dessas misturas refletiu no aumento de vida útil da estrutura de pavimento, obtido por meio de simulações numéricas. Portanto, em relação aos dois principais mecanismos de degradação de revestimentos asfálticos, o melhor desempenho à fadiga foi observado pela mistura modificada por polímero SBS e a maior resistência à deformação permanente foi obtida com a incorporação de nanotubo de carbono à mistura asfáltica.
Many of the pavement deficiencies are due to non-compliance of the materials used in asphalt coatings with the traffic demand to which they are submitted. Therefore, asphalt binder modification is an alternative to improve the performance of this material and, consequently, of the asphalt concrete against various degradation mechanisms. The study of the properties of modified asphalt concrete is essential, especially with regard to the behavior to fatigue and resistance to permanent deformation, as these are considered the main degradation mechanisms of asphalt coatings. This study?s main objective was to evaluate the mechanical and rheological performance of asphalt mixtures containing four different modifiers: SBS polymer, crumb rubber, organophilic nanoclay and carbon nanotube. The nanomodified asphalt mixtures were developed in Melo?s research (2014). The empirical properties of the modified binders were evaluated and, for each asphalt mixture, the optimum asphalt binder content was determined in accordance with the Superpave mix design. Thus, production of modified asphalt mixtures with SBS polymer and crumb rubber was carried out. Those were subjected to moisture induced damage by the modified Lottman test, permanent deformation test in the French traffic simulator, complex modulus and fatigue life by the four point bending test. All the asphalt mixtures showed high resistance to moisture induced damage. The permanent deformation test results were all higher than those of the control asphalt mixture and the carbon nanotube asphalt mixture showed the best rutting resistance. The determination of rheological behavior showed that SBS and crumb rubber modified asphalt mixtures have lower complex modulus and lower phase angle than nanomodified asphalt mixtures. Regarding the fatigue life, the SBS and crumb rubber asphalt mixtures showed much better performance than the nanmodified asphalt mixtures. The increase in fatigue life, caused by the presence of modifying agents, induced an increment in the estimated life of the pavement structure, verified in numerical simulations. Therefore, concerning the two main degradation mechanisms of asphalt coatings, the best fatigue life performance was observed by the SBS modified asphalt mixture and the best rutting resistance was obtained with the carbon nanotube incorporation into asphalt mixture.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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