Destaca a importância de adequar processos em relação a tipos de agregados e a umidade contida nos mesmos, que influenciam diretamente a produção e a qualidade da mistura asfáltica. Inúmeros problemas de qualidade em obras rodoviárias surgem no processo de usinagem. Um somatório de pequenos erros podem gerar um material sem a qualidade necessária, comprometendo a vida útil da rodovia.
Vale a pena a leitura. Texto original no seguinte link:
http://www.sinicesp.org.br/materias/2014/bt12a.htm
QUALIDADE E ECONOMIA
Uma visão sobre a influência dos agregados, controle de umidade e adequação do processo
Marcelo Zubaran
O concreto asfáltico usinado a quente (CAUQ) é composto de cimento asfáltico de petróleo (CAP) e agregados britados ou não britados (areias e seixo, por exemplo). As características físico-químicas do CAP dependem basicamente do petróleo e das condições de refino e, portanto, resultam em características conhecidas e previsíveis. Assim, sabe-se exatamente o que esperar desse ligante asfáltico. Já os agregados apresentam especificações intrínsecas dos processos de sua formação, função do intemperismo e de outros fenômenos que resultam em materiais com qualidades únicas.Os agregados apresentam as características dos minerais que os constituem, e o tipo de rocha prediz ligeiramente alguns traços físico-químicos das pedras, mas a margem de erro pode ser grande.
Uma das premissas para a produção de um CAUQ é retirar toda a umidade dos agregados, seja esta superficial e/ou absorvida. A usina de asfalto é principalmente um sistema térmico, no qual se deve retirar toda a umidade dos agregados para que ocorra a “pintura” de CAP em suas arestas. A secagem, dessa forma, é fundamental, pois os agregados são atraídos mais pela água do que pelo CAP. Este ligante não adere às superfícies dos agregados se houver água e, logo, a mistura asfáltica perderá qualidade.
No que tange à
umidade dos agregados, retirar a água presa na superfície da pedra não é uma
tarefa muito difícil. A adsorção é o fenômeno que mantém a água aderida nas
arestas dos solos/agregados, razão pela qual não existe material pétreo seco na
natureza. Já a absorção é a quantidade de água que um agregado consegue absorver
em seus poros quando submerso em água. Retirar a água absorvida é muito mais
complexo e demorado. Além disso, após a retirada da água absorvida dos
agregados, o CAP entra parcialmente nos poros livres de água (não integralmente,
porque o CAP é mais viscoso que a água) e, assim, quanto maior a absorção de um
agregado, maior a absorção de CAP durante a mistura e maior será o consumo de
CAP no CAUQ, tornando a mistura mais cara sem trazer benefício.
Uma
característica da rocha que dificulta a secagem, em especial a água absorvida, é
a presença de minerais argilosos, principalmente se esses minerais forem da
classe das esmectitas. Esses argilominerais retêm a água em sua estrutura, e
esta água retida se torna mais viscosa, dificultando o escoamento. Também deve
ser levada em conta a geometria dos poros dos agregados. Quanto menores forem os
poros por onde a água penetrará, maior será o percurso da água ao sair, e mais
difícil torna-se o processo de secagem.
O tipo de rocha utilizada como agregado influencia ligeiramente o comportamento
do mesmo com umidade. Rochas como granito e gnaisse tendem a apresentar maior
quantidade de argilominerais, e rochas como o basalto também podem apresentar
argilominerais, porém normalmente em menor quantidade. O basalto, em geral,
apresenta maior porosidade que o granito e o gnaisse. Além disso, agregados não
britados, oriundos de rios, como areia e seixo rolado, apresentam grande
capacidade de absorção de água e têm formato arredondado, o que prejudica a
mistura asfáltica em função da menor resistência ao cisalhamento e tendência de
deformação permanente.
A adesividade
entre os agregados e o CAP depende da completa secagem dos agregados e também da
polaridade superficial destes, função dos minerais que o constituem. Agregados
de granito e gnaisse são carregados negativamente em sua superfície (são ácidos)
e o basalto e o calcário são positivos (ou básicos). Uma alternativa de corrigir
a acidez de granitos e gnaisse é através da inserção de cal hidratada, de origem
calcítica. Também chamada de filler, essa cal reverte a polaridade da superfície
dos agregados ácidos e melhora a capacidade adesiva com o CAP, pois este é
levemente ácido.
A usina deve trabalhar em
função das características dos insumos da produção de CAUQ. Agregados mais
porosos devem ficar mais tempo no sistema térmico, enquanto que agregados ácidos
devem ser mais aquecidos que os básicos. As variações dessas características
devem ser compreendidas pela usina de asfalto, que deve compilar essas variações
para produzir misturas asfálticas conhecidas e adequadas ao uso.
Durante a troca de calor entre a chama do queimador e os agregados, os três
fenômenos de troca térmica acontecem em pontos diferentes e com relevâncias
distintas. A entrada dos agregados no tambor é auxiliada por um helicoide, que
projeta os mesmos para dentro do sistema de secagem. Nessa etapa, inicia-se o
processo de cascateamento, cujo principal mecanismo de transferência de calor é
a convecção. A retirada da umidade dos agregados ocorre na zona de convecção,
logo, quanto maior for esta zona, maior será a capacidade de secagem dos
agregados. Assim, agregados mais porosos devem permanecer mais tempo na zona de
convecção do secador. As aletas de cascateamento são configuráveis, de forma a
variar o tempo de convecção. Além disso, é possível alterar a quantidade de
aletas de retenção, defletores que ficam entre duas zonas de aletas de
cascateamento e diminuem a velocidade de fluxo dos agregados no secador. Após a
zona de cascateamento existem aletas mistas, proporcionando troca de calor por
convecção, radiação e até condução, pois os agregados estão mais próximos da
fonte de calor e permanecem mais tempo junto às aletas. No final do secador não
ocorre mais cascateamento e os agregados percorrem o tambor na parte inferior
deste, recebendo calor principalmente por radiação, aquecendo os agregados até a
temperatura definida em projeto. O ângulo do secador com a horizontal e a
velocidade de giro do mesmo também determinam o tempo de permanência dos
agregados no sistema térmico. Quanto menor for tal ângulo e a velocidade, maior
será este tempo e a capacidade de secagem, sendo a necessidade de transporte de
agregados ao longo do secador uma restrição em alongar muito o tempo de
permanência. Também o comprimento do secador é proporcional à capacidade de
secagem, independentemente do aquecimento.
Após passar
por todo o sistema térmico da usina, os agregados devem estar secos e na
temperatura definida em projeto. Na prática, aceita-se até 0,3% de umidade
residual dos agregados, mas o objetivo é sempre reduzir ao máximo a umidade
residual, sempre buscando a eliminação total.
Dependendo da geometria dos poros e dos minerais constituintes nessas cavidades,
o agregado pode demorar muito para secar completamente e, por vezes, a pedra é
seca na superfície, ocorrendo adesão com o CAP no misturador mesmo com a água
temporariamente confinada nos poros. Nesses casos, após certo período, a água
começa a ferver dentro dos poros e rompe a ligação adesiva com o CAP.
Verifica-se o gotejamento de água no caminhão logo após a usinagem e/ou durante
a aplicação.
Essa perda de adesividade não somente prejudica a coesão da
mistura, como diminui o volume de vazios, pois a parcela de CAP que seria
absorvida nos poros dos agregados não o é, sobrando CAP na mistura, o que reduz
o volume de vazios. Nesses casos, os agregados devem ficar mais tempo na zona
inicial do secador, onde ocorre a troca de calor por convecção. Se essa
adequação não for suficiente, deve-se pensar em trocar os agregados e evitar
tanto usinas com secador de fluxo paralelo quanto aquelas com mistura interna,
mesmo que de contra-fluxo. Estas tecnologias têm menor eficiência na remoção de
umidade dos agregados. Esse caso é comum quando se trabalha com areia de rio ou
com agregados com alto índice de absorção e grande quantidade de argilominerais
da classe das esmectitas.
Quando se trabalha com agregados ácidos com alta absorção e não há
disponibilidade de cal de origem calcítica, é comum o uso de agentes
melhoradores de adesividade. Normalmente chamado de Dope, esse aditivo reduz a
tensão superficial do CAP e assim melhora a adesividade mesmo com agregados
levemente úmidos.Também o tipo de CAP pode auxiliar na adesividade. Cimentos
asfálticos mais viscosos aumentam a espessura da película de ligante envolto às
arestas dos agregados, o que melhora a coesão da mistura. Técnicas mais recentes
como Warm Mix Asphalt (WMA) ou misturas mornas também possibilitam adesão com
pequeno grau de umidade dos agregados.
Independentemente das opções de materiais,
os agregados disponíveis na obra devem estar armazenados em local coberto,
principalmente os mais finos, pois apresentam maior área superficial e assim
retêm maior porcentagem de umidade. Quando os agregados são porosos e com
argilominerais, a cobertura se torna ainda mais essencial. A produção de uma
usina de asfalto é inversamente proporcional à umidade dos agregados. Logo,
quanto menor a umidade, menor será o consumo de combustível da usina, além dos
benefícios relacionados com a qualidade da mistura. A economia de combustível
alcançada com cobertura dos agregados e preparação do ponto de armazenamento,
por exemplo, pode facilmente pagar o investimento em alguns meses e passar a
gerar retorno financeiro. Mais informações: www.ciber.com.br.
Marcelo Zubaran
Especialista de Produtos na Ciber Equipamentos Rodoviários Ltda
Especialista de Produtos na Ciber Equipamentos Rodoviários Ltda