Asfalto Altamente
Modificado (HiMA)
A Próxima Geração em de Pavimentos
Asfálticos de Alto Desempenho
Figura 1: Efeito do aumento dos teores de polímero SBS na morfologia do polímero/asfalto
A adição de polímero SBS convencional
oferecem melhorias às propriedades, mas
conforme ilustrado na Figura 1, a fase
dominante continua a ser o asfalto e, portanto,
as propriedades são maioritariamente
parecidas com oasfalto. No entanto, se os
teores de polímero aumentam, as fases
invertem de modo a que o ”asfalto” se
comporte nesse momento mais como
borracha.
O que significa HiMA?
HiMA significa Asfalto Altamente
Modificado; uma ferramenta que
pode ser utilizada para resolver vários
problemas de pavimentos asfálticos.
Betume
+SBS
Fase do polímero inchado com óleo
Fase do polímero descontínua
2.5%
Fase do betume-polímero contínua
5.0%
Fase do polímero contínua
Isto tem um efeito significativo nas
propriedades físicas. Conforme ilustrado, o
ponto de amolecimento aumenta de forma
expressiva, bem como aresistência a fádiga
da mistura asfáltica. O aumento nos teores de
polímero em 2-3 vezes, proporciona ganhos
de até 60 vezes na resistência contra a fadiga.
7.5%
Figura 2: Efeito do aumento de teores de polímero SBS no ponto de amolecimento
Ponto de amolecimento T R&B (ºC)
100
100
Máx.
Vantagem
90
90
Fase intensa do polímero contínua
80
80
70
70
60
60
50
50
Fase intensa do polímero descontínua
40
40
00
2
2
O que torna o HiMA único?
Os polímeros SBS convencionais podem ser
misturados num asfalto em teores de 7 a 8%,
mas a compatibilidade é um problema constante,
mesmo em os asfaltos mais moles a viscosidade
pode ser demasiadamente alta para uma mistura a
temperaturas convencionais. O polímero Kraton™
D0243 oferece uma excelente compatibilidade e
uma baixa viscosidade que ajuda a eliminar este
problema.
88
10
10
Figura 3: Efeito da utilização de diferentes teores de polímero SBS no desempenho de fadiga de vigas
Resistência à fadiga 100X maior versus inalterada
D 0243 7.5%
SBS 6%
Ciclos de carga (N)
HiMA é uma ferramenta que pode ser utilizada para
resolver vários problemas dos pavimentos asfálticos.
Oferece uma combinação de resistência à fissuração
por fádica e deformação permanente que pode ser
aplicada a: pavimentos estruturais mais finos;
camadas de reforço com maior durabilidade e mais
finas; produtos de emulsão com maior resistência
a ffissuras e aplicações em estruturas altamente
solicitadas , tal como tabuleiros das pontes.
4
6
4
6
Conteúdos SBS (%)
SBS 3%
Inalterado
Testes na Universidade de Delft
40
80
Micro-esforço (-)
120
150
Asfalto PEN
30/40 com 7,5%
Kraton™ D0243
em carga senoidal
Mistura com
agregados de em
22 mm, 8Hz, 20
°C 100x ciclos
de carga mesma
micro-deformação
deformação
Asfalto Altamente Modificado
A solução para Pavimentos de Maior Durabilidade e Menos Espessos
Pavimentos Estruturais
A redução dos custos de construção e do
ciclo de vida, a durabilidade do pavimento
e o impacto ambiental irao continuar a
representar as principais preocupações
para a indústria rodoviária. A Kraton
Performance Polymers desenvolveu uma
solução para aumentar a durabilidade
e reduzir os custos e a utilização de
recursos na construção ou recuperação
das rodovias.
0.0129
Asfalto inalterado
[asfalto de 250 mm (10 pol.)]
Danos totais em cargas de 9000 eixos
0.0121
0.0113
0.0105
0.0097
Kraton HiMA
[asfalto de 150 mm (6 pol.)]
™
Trecho da Rodovia PR-092 no estado do Paraná
apresentando a camada asfaltica seriamente
fissurada, antes da reabilitação
A solução original de reabilitação utilizou 30,5 cm para
ser substituído por asfalto e com o asfalto altamente
modificado foram necessários apenas 16,5 cm ou seja
uma redução na espessurad a estrutura de 45%
Antes da reconstrução: graves deformações no pavimento
de uma área de carga de containers no porto de Napier,
Nova Zelândia
Novo camada de base com Asfalto Altamente Modificado
pavimentado no porto de Napier, Nova Zelândia
Danos totais em cargas de 9000 eixos
0.0089
0.0081
0.0073
0.0065
0.0057
0.0049
A nossa tecnologia de asfalto altamente
modificado para cursos paviementos
de base asfáltica permite reduções da
espessura do pavimento em 30-40% o
que significa uma redução nos custos
iniciais. Os testes de laboratório e a
modelagem de elementoa finitos pela
Universidade de Tecnologia de Delft
na Holanda demonstraram que uma
redução da espessura do pavimento em
40% pode ser viável sem o aumento de
danos.
Este conceito esta sendo validado no
Centro Nacional de Tecnologia Asfáltica
(NCAT) na Universidade de Auburn
em Opelika, Alabama, com resultados
excepcionalmente bons até este momento.
Os cálculos dedimensionamento do
pavimento com software que inclui os
valores de rigidez e os resultados de
fadiga para uma determinada mistura,
demonstram que os resultados obtidos
na Universidade de Tecnologia de Delft
e no NCAT podem ser previstos com os
parâmetros de material de uma mistura
asfáltica altamente modificada.
0.0041
0.0033
0.0025
0.0017
0.0009
0.0001
Redução da Espessura
Camada Superior
Camada Inferior
250 mm (10”)
150 mm (6”)
250 mm (10”)
pavementado
Agosto 2006
125 mm (5”)
reabilitação
Agosto 2009
10 meses
250 mm (10”)
pavimentado
Agosto 2006
125 mm (5”)
reabilitação
Agosto 2009
140 mm (5 ½”)
reab. HiMA
August 2010
13 meses
Sub-base E = 300 MPa (43,500 psi)
Sub-grau E = 100 MPa (14,500 psi)
Junho de 2010 – Reabilitação convencional da Secção N8 NCAT
após 10 meses, 4 MM ESALs. Primeira fissura surgiu a 2,7 MM
ESALs.
Setembro de 2011 – Reabilitação HiMA da Secção N8 NCAT após
13 meses, 5,3 MM ESALs. Oklahoma irá apoiar esta seção durante
o ciclo de testes de ensaio de 2012 para monitorizar a deterioração
e avaliar estratégias de preservação.
Para criar rigidez, utiliza-se
um asfalto de alto módulo. A
modificação SBS aumenta a
resistência contra a fadiga.
O asfalto de alto modulo em combinação com
elevados teores de SBS normalmente pode resultar
em problemas de compatibilidade e viabilidade,
mas o Kraton™ D0243 pode ser utilizado em
concentrações elevadas sem problemas durante
o processo de produção da mistura, e da
pavimentação e compactação. Esta tecnologia
também permite a utilização de asfaltos moles na
reabilitação para mitigar a fissuração reflectiva.
Características do Kraton D0243:
Proporciona ligantes de baixa viscosidade
Compatibilidade superior com uma
ampla gama de asfaltos
Auto-reticulação – elimina a
necessidade de enxofre, sem emissões
de H2S
Provas realizadas em aplicações de
pavimentação desde 2006
Capacidade de abastecimento global
Inovação no design de pavimentos:
Redução da espessura em 30-40% que
proporciona redução nos custos iniciais
Superior durabilidade e resistência contra a
fadiga
Permite aplicações em situações de altura
restrita, tal como passagens de níveis em
pontes
O ligante de viscosidade baixa oferece aos
empreiteiros facilidade de construção em
ampla gama de aplicações distintas
Superior resistência contra a fadiga, combinada
a elevada rigidez, este é o conceito do asfalto
altamente modificado em pavimentos mais finos.
Solução ecológica que consome menos
matérias-primas e energia
Oferece uma durabilidade e vida útil ainda
maior em relação a níveis de espessura
padrão
Emulsões
Espera-se atingir uma maior resistência à propagação
reflectiva de fissuras e à fissuração térmica na área, assim
como uma resistência à pressão de veículos de grande
carga, principalmente ao virar nas intersecções ou em ruas
residenciais.
Com base nos dados gerados nas seções de teste de mistura
HiMA estrutural no NCAT, assim como durante o programa
AASHTO TSP2 para revestimentos de mistura fina de
polímero altamente modificado, a tecnologia desta plataforma
foi traduzida para uma utilização potencial em tratamentos de
superfície de emulsão de micro-revestimento altamente prémodificada.
O sucesso do trabalho de modelagem e laboratório na
Universidade de Tecnologia de Delft combinado com os
dados de teste gerados no teste de ensaio de pavimento do
NCAT sugeriram que a tecnologia HiMA podia ser promissora
para as aplicações de preservação do pavimento, tal como
a pavimentação asfáltica de revestimento delgados e os
tratamentos superficiais com emulsões asfálticas.
Em 2011, os estados de Minnesota, New Hampshire e
Vermont estabeleceram projetos de demonstração como
parte do programa de pavimentação de superfícies finas
de HiMA AASHTO TSP2 apoiado pelo Centro Nacional de
Preservação de Pavimentos na Universidade Estatal de
Michigan. As misturas produzidas na fábrica foram incluídas
na amostra durante a instalação de campo e testadas no
Highway Sustainability Research Center (HSRC) que se
encontra na Universidade de Massachusetts Dartmouth.
As misturas AH utilizaram um agente de ligação de asfalto
modificado de polímero que consiste num ligante (PG -34)
modificado com polímero HiMA de 7,5%.
As características de desempenho das misturas HiMA
foram determinadas em termos de resistência à fissuração
reflectiva, fissuração térmica, deformações e danos
causados pela h umidade. A resistência à fissuração reflectiva
foi medida utilizando o Dispositivo de Teste de Camada do
Texas (OT – Overlay Tester), as características da fissuração
térmica das misturas foram medidas utilizando o Teste de
Espécies Contidas de Pressão Térmica (TSRST – Thermal
Stress Restrained Specimen Test), as características das
deformações foram medidas utilizando o Analisador de
Pavimento Asfáltico (APA – Asphalt Pavement Analyzer) e
os danos causados pela umidade foram medidos utilizando
o Dispositivo de Hamburgo (HWTD – Hamburg Wheel
Tracking Device).
De acordo com os resultados AASHTO TSP2 publicados,
espera-se que as misturas HiMA atrasem a fissuração
reflectiva, resistam à fissuração de baixas temperaturas até
uma temperatura estimada de aproximadamente -28 °C, e
apresentam deformações e danos mínimos causados pela
umidade.
Figura 4: Resumo dos Resultados dos Testes das Misturas HiMA Estabelecidas no Minnesota (MN), New Hampshire (NH) e Vermont (VT)
Mistura
Média de Ciclos de
OT para Redução
da Carga em 93%
Média de
Temperatura de
Flaha TSRST
Média da
Profundidade de
Sulcos do APA
após 8000 Ciclos
HWTD – Ponto
de Inflexão da
Extracção
Mistura MN HiMA
434
-31.8 °C
5.92 mm
16,700
Controle MN (Sem Polímero)
133
-32.2 °C
6.20 mm
14,600
Mistura NH HiMA
2,000*
-33.1 °C
5.16 mm
10,000
Mistura VT HiMA
2,000*
-30.1 °C
2.03 mm
10,000
Mistura VT HiMA +
24% RAP
1,144
-27.8 °C
2.87 mm
NENHUM
*A mistura não alcançou os critérios de falha na conclusão de 2.000 ciclos no dispositivo OT.
No caso de emulsões de micro-revestimento altamente
pré-modificadas, deve ser mantido um equilíbrio entre a
facilidade de emulsificação e o nível de carga de polímero.
No caso da opção de polímero HiMA, determinou-se que
um nível de carga de 6% de água no asfalto com base de
micro-emulsão proporciona este equilíbrio. A rede polimérica
torna-se contínua na maioria dos polímeros no intervalo de
6-8% de água. A emulsificação pode ser alcançada facilmente
primariamente nos conteúdos normais de resíduos de
emulsão de micro-revestimento devido à baixa viscosidade
apresentada pelo polímero Kraton™ D0243.
O tamanho das partículas e a distribuição de tamanho das
partículas são típicos em relação ao observado numa emulsão
de micro-revestimento modificado por latex convencional
utilizando um asfalto inalterado e mais duro. Para além disso,
as propriedades de mistura do micro-revestimento ISSA
A143, tais como abrasão de pista molhada são equivalentes
ou melhores do que os sistemas de emulsão de microrevestimento modificado por latex de referência.
Para além disso, a baixa viscosidade das gotas de partículas
de HiMA para facilitar a coalescência de resíduos HiMA sob
aplicação com a renovação simultânea da rede polímérica
estabelecida.
Figura 5: Resultados do WTAT (Wet Track Abrasion Test) e
SP de emulsão de micro-revestimento Controlo + HiMA
As formulações de HiMA, polímero
desenvolvido pela Kraton Polymers,
possibilitam um pavimento asfáltico
durável com uma espessura
reduzida do pavimento que reduz os
custos, permitindo assim maiores
alternativas de revestimento dentro
dos orçamentos estabelecidos. A
tecnologia HiMA permite tanto a
recuperação como a construção
de estradas que durem mais e
necessitam de menos manutenção.
O nosso objectivo é de tornar os
pavimentos mais rentáveis. As
formulações de HiMA permitem
adicionarmos um teor maior de
polímero na mistura para atingirmos
uma redução de até 50% na
espessura do asfalto.
ASTM
D36
EID de Emulsão
ISSA TB 100
Perda WTAT (g/m2) / (g/pés2)
SP (°C) / SP (°F)
1 Hora
6 Dias
Controle
62 / 144
293 / 27.2
410 / 38.1
HiMA
83 / 181
95 / 8.8
171 / 15.9
Figura 6: Distribuição de tamanho das partículas de micro-revestimento
Controle + HiMA
10
Controlo – Modificado por latex de SBR de 3,5% de água
9
HiMA – Modificado D0243 de 6% de água
8
Volume (%)
Camadas Delgadas
Para além disso, de modo a maximizar a durabilidade e
resistência à fadiga do tapete de micro-revestimento instalado,
está incorporado um agente de ligação de categoria mais suave
no polímero HiMA nestas formulações de emulsão altamente
pré-modificadas. Uma vez que o ponto de amolecimento do
resíduo de emulsão HiMA pode ser de até 15-20 °C (30-40
°F) superior a um resíduo de emulsão de micro-revestimento
modificado por latex convencional, a resistência à lavagem
aumenta.
7
6
5
4
3
2
1
0
0.1
1.0
10.0
Tamanho de Partículas (mm)
100.0
1000.0
Estamos à disposição
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A Kraton Performance Polymers, Inc. é uma líder mundial na produção de polímeros sintéticos utilizados para melhorar o desempenho dos produtos
que estão presentes essencialmente em todos os aspectos da nossa vida. O inventor original da química do SBC nos anos 60, a Kraton tem um
histórico de inovações que começa quase há 50 anos. Usado em diversas aplicações, Kraton agrega utilidade, valor e apelo aos clientes para produtos
que vão desde adesivos e revestimentos, pavimentos e telhados até itens de cuidado pessoal e médicos, componentes eletrônicos e automotivos. A
Kraton oferece aproximadamente 800 produtos para mais de 700 clientes em mais de 60 países no mundo todo. Dedicada a dar aos Inovadores uma
Vantagem Diferencial “Giving Innovators Their Edge,” também colabora com os clientes em soluções customizadas para necessidades específicas.
Distribuição Global
Sede Global
Centro de Inovação
Instalação de Fabricação
Serviço Técnico
Serviços ao Consumidor
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Ásia Pacifico
Europa, Oriente Médio, África
América do Sul
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