Modificação de betume com polímeros

A modificação do betume é um processo frequentemente usado na produção de materiais de alta qualidade para construção de estradas e reparo de rodovias, bem como para coberturas. O produto certamente merece consideração.

O que é modificação de betume? Âmbito de uso

Betume é uma substância preta insolúvel em água que contém hidrocarbonetos de alto peso molecular e seus derivados. Geralmente é encontrado em estado sólido ou resinoso.

Misturas de betume usam ingredientes naturais e artificiais. O betume natural é formado a partir da polimerização oxidativa natural do petróleo. O betume artificial é o resultado do processamento modernizado do “ouro negro”.

O betume natural foi usado pelos assírios e babilônios desde 3000 a.C. O betume artificial foi obtido pela primeira vez em 1898 a partir de resíduos de petróleo aquecidos a uma temperatura de 300-320 °C e oxidados pelo ar.

Hoje, a principal aplicação do betume é na construção de estradas e construção industrial (reparo de estradas e aeródromos, coberturas, isolamento de tubulações, produção de tintas, etc.)

Por que as propriedades do betume precisam ser melhoradas?

Na indústria rodoviária, o betume é usado para ligar materiais minerais que formam superfícies de estradas (areia, cascalho, etc.), para melhorar as propriedades hidrofóbicas do concreto e para preencher lacunas. O betume como superfície é afetado por vários fatores negativos: mudanças de temperatura, radiação solar, oxigênio do ar, carga de tráfego pesado. Como resultado, as superfícies das estradas perdem prematuramente a integridade devido à destruição do betume.

Betume, como material de construção:

• sensibilidade a mudanças na temperatura ambiente, tornando-se macio no calor e quebradiço no frio;
• baixa elasticidade e características mecânicas inadequadas;
• susceptível ao envelhecimento.

Métodos para melhorar as propriedades do betume

As propriedades de qualquer substância, incluindo o betume rodoviário, podem ser melhoradas de duas maneiras diferentes: alterando a tecnologia de produção ou aprimorando o produto acabado diretamente. A primeira abordagem exige a reestruturação da linha de produção, começando pela preparação das matérias-primas e terminando com o tipo de equipamento usado. Não é possível mudar cada parte da produção de uma só vez e com custos financeiros mínimos. Portanto, a segunda abordagem, ou seja, a modificação do betume, é preferida.

Modificação do betume – origem e formação

A modificação do betume foi tentada pela primeira vez na década de 1930 em vários países da Europa Ocidental. Pequenos trechos de rodovias foram pavimentados com betume modificado. O modificador original era borracha natural.

Pesquisas adicionais nesta área visavam desenvolver novos modificadores. Vinte anos depois, Canadá e Estados Unidos começaram a usar borracha de neoprene como modificador de betume: uma emulsão baseada em borracha sintética e água. Já naquela época, havia um efeito positivo do betume modificado na resistência à fadiga do concreto asfáltico sob carga de tráfego pesado.

O novo material foi recebido com grande interesse, o que expandiu substancialmente sua área de aplicação. Desde a década de 1970, o betume modificado tem sido usado não apenas para a preparação de concreto asfáltico, mas também para tratamento superficial.

Benefícios da modificação do betume

A modificação do betume oferece um material de construção com as seguintes características de desempenho:

• liga bem com materiais minerais;
• flexível e elástico em baixas temperaturas, resiste à deformação em altas temperaturas;
• absorve rapidamente tensões térmicas e mecânicas nas camadas de asfalto do pavimento;
• resistente a cargas de fadiga devido a variações de temperatura;
• intervalo de plasticidade amplo e intervalo de temperatura de serviço mais amplo;
• melhores propriedades mecânicas e dureza.

Modificadores para betume

Os materiais mais usados na modificação do betume são polímeros termoplásticos, borracha e resinas de borracha, bem como elastômeros termoplásticos.

Polímeros termoplásticos têm a capacidade de amolecer com o aumento da temperatura e solidificar quando a temperatura cai. Tais fenômenos podem ser explicados por sua estrutura molecular linear. O aquecimento enfraquece a ligação entre as moléculas, transformando termoplásticos em um material viscoso macio. Entre os polímeros termoplásticos para modificação do betume estão o polietileno (PE), polipropileno (PP), cloreto de polivinila (PVC), poliestireno (PS), viscoplásticos e termoplásticos.

Borracha moída e resina de borracha diferem de outros polímeros em sua capacidade de alongar até 10 vezes com uma carga aplicada e retornar ao estado inicial quando a carga é removida. Essa capacidade é devida à estrutura das macromoléculas de borracha: bobinas que se estendem como cordas elásticas simples. Além disso, as moléculas de borracha são longas como cordas que se dobram e enrolam aleatoriamente.

Modificadores de borracha que melhoram as propriedades do betume são borracha de estireno-butadieno (SBR) e polímeros de etileno-propileno, bem como borracha butílica.

Elastômeros termoplásticos (TPE) têm propriedades elásticas para aplicação adesiva. TPE é produzido em muitos países industrializados. Modificadores desse tipo estão disponíveis em forma de grânulos e pós.

Copolímeros dibloco de estireno-butadieno (SB), polímeros de estireno-butadieno-estireno (SBS), polímeros de estireno-isopreno-estireno (SIS) e polímeros de estireno-etileno/butileno-estireno (CE/BS). Polímeros SBS são usados na modificação de betume rodoviário e de cobertura, polímeros SIS são usados como mástiques para juntas e rachaduras, e polímeros CE/BS aumentam a resistência do betume em climas desfavoráveis.

Aditivos poliméricos SBS para modificação do betume proporcionam:

• resistência à deformação do concreto asfáltico em várias temperaturas ambiente;
• durabilidade das superfícies rodoviárias independentemente das condições climáticas e cargas de tráfego.

Como modificar o betume

A qualidade das superfícies rodoviárias e de cobertura depende não apenas dos componentes, mas também da tecnologia de modificação do betume. A unidade USB-3 da GlobeCore oferece capacidade de produção de 6 – 22 m3/hora.

A modificação do betume ocorre em um moinho coloidal, que realiza a mistura preliminar de betume e polímero, bem como a homogeneização da mistura. Outra função do moinho coloidal como parte deste equipamento é a moagem dos componentes. Isso otimiza o design da unidade, tornando componentes adicionais desnecessários.

O moinho coloidal é projetado para que a moagem e homogeneização ocorram em uma passagem pelo moinho, e a finura da moagem é regulada pela mudança do espaço entre o rotor e o estator.

A USB-3 é especificamente projetada para modificação de betume e pode ser usada para implementar qualquer processo de modificação, operando com todos os aditivos poliméricos conhecidos e suas formas.

Além das unidades de modificação de betume, a GlobeCore também produz equipamentos de laboratório de betume para instalações de pesquisa. Essas unidades de modificação de betume de laboratório também são usadas por organizações de construção de estradas para obter pequenas amostras de betume modificado para testes futuros.