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Título: Propriedades Reológicas e Resistência a Oxidação de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) Modificado com Cardanol
Título em inglês: Rheological Properties and Resistance to Oxidation of Petroleum Asphalt Cement (PAC) Modified with Cardanol
Autor(es): Moreira, Antônio Aurélio Gomes
Orientador(es): Soares, Sandra de Aguiar
Palavras-chave: Cardanol
Pavimentos de asfalto
Cimento asfáltico
Data do documento: 2013
Citação: MOREIRA, A. A. G.; SOARES, S. A. (2013)
Resumo: Neste trabalho, um derivado fenólico extraído do líquido da casca da castanha de caju (LCC), fonte natural e renovável, foi utilizado como aditivo modificador de cimento asfáltico de petróleo (CAP). Frações extraídas por diferentes métodos (I, II e III) foram analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e por espectroscopia no infravermelho, tendo sido identificadas como cardanol. Os CAP modificados por cardanol (I) foram comparados ao CAP modificado por LCC e estireno-butadieno-estireno (SBS), sendo avaliadas suas propriedades reológicas antes e após envelhecimento simulado. O LCC e o cardanol (I) atuaram de forma semelhante, aumentando os valores de penetração e reduzindo o ponto de amolecimento, a viscosidade, a temperatura de usinagem e compactação (TUC), e a susceptibilidade térmica do ligante. Os parâmetros reológicos, obtidos em reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR), indicaram que LCC e cardanol (I) tornaram o CAP mais susceptível à deformação permanente, no entanto, não houve alteração do desempenho do CAP a baixas temperaturas. Foi verificado que o cardanol pode atuar como agente compatibilizante de CAP modificado com SBS, tal como os óleos aromáticos comerciais. Em relação ao CAP original, o CAP com SBS apresentou diminuição na penetração e na susceptibilidade térmica, e aumento do ponto de amolecimento e da viscosidade. Os parâmetros reológicos (G*, δ) indicaram que o CAP com SBS foi mais resistente à deformação permanente. O efeito dos aditivos em relação ao grau de desempenho (PG), a altas temperaturas, para os CAP modificados foi CAP/SBS > CAP/cardanol ≥ CAP/LCC. O PG, a baixas temperaturas, foi superior para CAP/SBS, indicando que este pode ser aplicado em regiões de clima frio. A resistência à decomposição térmica, observada por termogravimetria (TGA), foi semelhante para todas as amostras. As curvas de calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostraram que todas as amostras possuem baixo teor de frações cristalizáveis e que o CAP modificado com cardanol apresenta maior resistência ao trincamento térmico. O efeito de cardanol como potencial antioxidante foi avaliado após o envelhecimento em estufa RTFOT, e por espectroscopia no infravermelho (FTIR). Os resultados indicaram que o cardanol foi útil para atuar como aditivo redutor do envelhecimento do CAP. Na preparação de corpos de prova de misturas CAP/cardanol e agregado constatou-se uma economia no teor de ligante requerido, comparando-se com o CAP sem aditivo. No ensaio Lottman modificado, foi verificado que o cardanol agiu como melhorador da adesividade (AMA) entre ligante e agregado, conforme medida da resistência à tração (RRT) acima de 80%, e acima do valor encontrado para o CAP virgem.
Abstract: In this work, phenolics from renewable and natural sources extracted from cashew nut shell liquid (CNSL) were used as petroleum asphalt cement (PAC) modifiers additives. Fractions extracted by different methods (I, II and III) were analyzed by High Performance Liquid chromatography (HPLC) and Infrared Spectroscopy (FTIR) and were identified as cardanol. The PAC modified by cardanol I was compared to PAC modified with CNSL and styrene-butadiene-estyrene (SBS) by measuring its rheological properties before and after an aging simulation evaluation. CNSL and cardanol I showed, similarly, increasing values of penetration and decreasing the soft point, the viscosity, the mixing and compaction temperature and the thermal susceptibility. Regarding the rheological parameters obtained by dynamic shear rheometer (DSR), it was observed that PAC/CNSL and PAC/cardanol became more susceptible to rutting. It was verified that cardanol acted as a compatibility agent in PAC modified with SBS in a similar way as for commercial aromatics oils. On the other hand, PAC modified with SBS showed decreasing on penetration values and on thermal susceptibility, as well as increasing soft point and viscosity values. PAC modified with SBS was more resistant to rutting as observed by its rheological parameters (G*, δ). The performance grade (PG) in high temperatures was lower for PAC/cardanol I and PAC/CNSL then for PAC modified with SBS, confirming the conclusions obtained by analysis of the rheological parameters. The PG value, in low temperatures, was greater for PAC modified with SBS then those for the other modified PAC, indicating that this mixture can be used in cold climates. For PAC modified with cardanol I and with CNSL, there was no change performance in low temperatures. The resistance to thermal degradation verified by thermogravimetry (TGA) was similar for all samples. The differential scanning calorimetry (DSC) showed that all samples have low content of crystallizable fractions and PAC modified by cardanol has a higher thermal crack resistance. Simulated oxidative ageing showed that cardanol acted as antioxidants. For the dosage of PAC modified with cardanol II, it was observed an economy in the content of used binder compared to PAC without any additive. In the Lottman modified test it was verified that cardanol II acted as an anti-stripping agent (ASA) between the binder and aggregates because it was found a tensile strength ratio (TSR) higher than 80% and larger than the value found for unmodified PAC.
Descrição: MOREIRA, A. A. G.; SOARES, S. A. Propriedades Reológicas e Resistência a Oxidação de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) Modificado com Cardanol. 2013. 139 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/14113
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