LABORATORY ASSESSMENT OF HOT ASPHALT MIXTURE PRODUCED WITH COMMERCIAL GRAPHITE

Authors

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2021.v7.n3.89-98

Keywords:

Grafite Comercial, Mistura Asfáltica, Teste de Flexão de Quatro Pontos, Curva Mestre.

Abstract

Pavement structures are most often subject to dynamic loads resulting from various combinations of loads resulting from vehicles and different environmental conditions. The performance of asphalt concrete in terms of linear viscoelastic behavior can be predicted using the stress-strain behavior that can be defined by the complex module. Among the most modern options for obtaining it, there are four-point flexion tests. In this context, the work assesses the technical feasibility of using commercial graphite in road pavement layers. For this, two asphalt mixtures were produced, one made with Portland cement, coded by CA-REF and the other produced with commercial graphite (CA-GRAFP). To achieve the objective of this research, the asphalt compositions were submitted to the four point flexion test to obtain the complex module and the phase angle. The adopted methodology followed the recommendations of the European standard EN 12697-26, with application of uniaxial sinusoidal compression loading and deformation amplitude of 50μm / m, frequencies from 0.1 to 20Hz and temperatures from 0 to 40 ° C, with increments of 5 at 5 ° C. The research results showed that the CA-GRAFP presented complex modules superior to the CA-REF. In addition, it was possible to observe lower values of the phase angles for the CA-GRAFP composition. The results obtained in this study point to the feasibility of using graphite as a material applicable to road pavements.

Author Biographies

Alex Gomes Pereira, Universidade do Vale do Rio dos Sinos - Campus São Leopoldo

Possui graduação em Engenharia Civil pela Faculdade de Educação e Cultura de Porto Velho (UNESC). Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela Universidade Federal do Amazonas (UFAM). Doutorando em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS) - São Leopoldo/RS. Docente do curso de Engenharia Civil no Centro Universitário São Lucas.

Regina Célia Espinosa Modolo, Universidade do Vale do Rio dos Sinos - Campus São Leopoldo

Possui graduação em Agronomia pela Universidade Federal do Espírito Santo (2003), mestrado em Gestão Ambiental, Materiais e Valorização de Resíduos pela Universidade de Aveiro (2006) e doutorado em Ciências e Engenharia do Ambiente pela Universidade de Aveiro (2014), ambos revalidados pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2015). 

Benício de Morais Lacerda, Universidade do Vale do Rio dos Sinos - Campus São Leopoldo

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Mato Grosso em 2010. Possui mestrado acadêmico com ênfase em Engenharia de Estruturas e Construção Civil na especialidade cálculo estrutural, especificamente: Análise Experimental, Modelagem Numérica de Estruturas e Dosagem de Concreto, título obtido em 2013 pela Universidade Federal de Uberlândia. Especialista em Projeto, Execução e Desempenho de Estruturas e Fundações (IPOG, 2017). Doutorando em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS) - São Leopoldo/RS.

References

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM C 127: Standard test method for density, relative density (specific gravity), and absorption of coarse aggregate. USA, 2015.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM C 131: Standard Test Method for Resistance to Degradation of Small-Size Coarse Aggregate by Abrasion and Impact in the Los Angeles Machine. USA, 2014.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM C 128: Standard Test Method for Relative Density (Specific Gravity) and Absorption of Fine Aggregate. USA, 2015.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 5: Standard test method for penetration of bituminous materials. USA. 2013.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 36: Standard test method for softening point of bitumen (ring-and-ball apparatus). USA. 2014.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM E 102: Standard Test Method for Saybolt Furol Viscosity of Bituminous Materials at High Temperatures. USA, 2016.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 4402: Standard test method for viscosity determination of asphalt at elevated temperatures using a rotational viscometer. USA. 2013.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 92: Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester. USA, 2018.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 2042: Standard Test Method for Solubility of Asphalt Materials in Trichloroethylene. USA, 2015.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 2872: Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film Oven Test). USA, 2012.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D 113: Standard Test Method for Ductility of Asphalt Materials. USA, 2017.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM C 188: Standard Test Method for Density of Hydraulic Cement. USA, 2017.

AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS - ASTM. ASTM D4867: Standard Test Method for Effect of Moisture on Asphalt Concrete Paving Mixtures. USA, 2014.

AIREY, G.D. Use of black diagrams to identify inconsistencies in rheological data. Road Materials and Pavement Design, v. 3, n. 4, p. 403-424, 2002.

BARDINI, V. S. S.; KLINSKY, L. M. G.; JÚNIOR, J. L. F.; ROQUE, R. Influência do fíler mineral no comportamento reológico de mástiques asfálticos. Transportes, v. 20, n. 3, p. 19-26, 2012.

BOCK, A. L.; HARTMANN, D.; BUDNY, J.; SPECHT, L. P.; CERATTI, J. A. P. Estudo laboratorial sobre os efeitos de diferentes formas de adição de cal a concreto asfáltico. Teoria e Prática na Engenharia Civil, v. 14, p. 59-69, 2009.

CARLESSO, G. C. Estudo do comportamento de mistura asfáltica modificada por nanoargila e polímero SBS. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Florianópolis, 2017.

CARLESSO, G. C.; TRICHÊS, G.; De Melo, J. V.S.; MARCON, M. F.; THIVES, L. P.; DA LUZ, L. C. Evaluation of Rheological Behavior, Resistance to Permanent Deformation, and Resistance to Fatigue of Asphalt Mixtures Modified with Nanoclay and SBS Polymer. Applied Sciences-Basel, v. 9, p. 2697-2713, 2019.

CENTOFANTE, R. Estudo laboratorial da utilização de material fresado em misturas asfálticas recicladas a quente. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Maria. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Santa Maria, RS, 2016.

CHABOT, A.; CHUPIN, O.; DELOFFRE, L.; DUHAMEL, D. ViscoRoute 2.0 A: Tool for the Simulation of Moving Load Effects on Asphalt Pavement Road Materials and Pavements Design, v.11, n. 2, p.227-250, 2009.

CLYNE T. R.; MIHAI X. L.; MARASTEANU O.; EUGENE L., Dynamic and Resilient Modulus of Mn/Dot Asphalt Mixtures, Technical Report, MN/RC 2003-09, Department of Civil Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, USA (2003).

COLPO, G. B. Análise de fadiga de misturas asfálticas através do ensaio de flexão em viga quatro pontos. 2014. 154p. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2014.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES - DNIT. ES 031/2006: Pavimentos flexíveis: concreto asfáltico: especificação de serviço. Rio de Janeiro, 2006.

EUROPEAN STANDARD - EN. EN 12697-26: Bituminous mixtures - test methods for hot mix asphalt, part 26: Stiffness. CEN, Brussels. 2004.

HARBEN P.; BATES R.L. Industrial minerals geology and world deposit. Industrial Minerals Division, Metal Bulletin, Londres, 1990.

KIM, Y. R. Modeling of asphalt concrete. United State of America: ASCE Press, 2009.

LIMA, C. A. P. Comportamento mecânico com resíduos industriais, sob flexão a quatro pontos, para construção de pavimentos flexíveis. 2017. 123p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2017.

LEE, J. C.; EDIL, T. B.; BENSON, C. H.; TINJUM, J. M. Building environmentally and economically sustainable transportation infrastructure: green highway rating system. Journal of Construction Engineering and Management, v. 139, n. 12, 2013.

LOULIZI, A.; FLINTSCH, G. W.; AL-QADI, I. L.; MOKAREM, D. Comparison between Resilient Modulus and Dynamic Modulus of Hot-Mix Asphalt as Material Properties for Flexible Pavement Design, Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, 2006, 161-170.

MARCON, M. F. Estudo e comparação do desempenho mecânico e reológico entre concretos asfálticos modificados por polímero SBS, borracha moída de pneu e nanomateriais. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2016.

MELO, J. V. S. Desenvolvimento e estudo do comportamento reológico e desempenho mecânico de concretos asfálticos modificados com nanocompósitos. Tese de Doutorado -Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2014.

MELO, J. V. S.; TRICHÊS, G. Effects of organophilic nanoclay on the rheological behavior and performance leading to permanent deformation of asphalt mixtures. Journal of Materials in Civil Engineering, v. 28 n. 11, p. 04016142, 2016.

MELO, J. V. S.; TRICHÊS, G. Caracterização da Resistência à Fadiga de Misturas Asfálticas Reforçadas Com Camadas Nanométricas de Silicatos. Revista Pavimentação, v. 42, p. 43-58, 2016.

MELO, J. V. S.; TRICHÊS, G. Evaluation of properties and fatigue life estimation of asphalt mixture modified by organophilic nanoclay. Construction and Building Materials, v. 140, p.364-373, 2017.

MELLO, L. G. R. O estudo do dano em meio contínuo no estudo da fadiga em misturas asfálticas. Tese de Doutorado - Universidade de Brasília, Distrito Federal. 2008.

MENDES, L. O.; MARQUES, G. L. O. Avaliação da influência do método bailey no processo de dosagem e desempenho de misturas asfálticas. Transportes, v. 20, n. 4, p. 35-43, 2012.

MORENO-NAVARRO, F.; IGLESIAS, G. R.; RUBIO-GÁMEZ, M. C. Mechanical performance of mechanomutable asphalt binders under cyclic creep and recovery loads. Construction and Building Materials, v. 113, p. 506-512, 2016.

PAMPLONA, T. F.; AMONI. B. C.; ALENCAR, A. E. V.; LIMA, A. P. D.; Ricardo, N. M. P. S.; SOARES, J. B.; SOARES, S. A. Asphalt binders modified by SBS and SBS/nanoclays: effect on rheological properties. Journal of the Brazilian Chemical Society, v. 23, n. 4, p. 639-647, 2012.

PEREIRA, A. G.; LACERDA, B. M.; SILVA, M. P. S.; SPINOLA, J. R.; MONTEIRO, A. K. C.; FROTA, C. A. Evaluation of Mechanical Properties of Graphite Produced Asphalt Mixtures. International Journal for Innovation Education and Research, v. 8, p. 191-03, 2020.

PEREIRA, A. G.; SPINOLA, J. R.; MONTEIRO, A. K. C.; LACERDA, B. M.; GUSMAO, F. S.; FROTA, C. A. Mechanical Behavior of Asphaltic Mixtures Produced with Spray Graphite in High Energy Mill. International Journal of Engineering Research and Applications, v. 9, p. 18-26, 2019.

SILVA, A. C. L. Comportamento mecânico de compósitos asfálticos com argila calcinada sob flexão a quatro pontos. 2014. 127p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Recursos da Amazônia) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2014.

SILVA, A. C. L.; FROTA, C. A. Análise teórico-experimental do módulo dinâmico de compósitos asfálticos com argila calcinada. Cerâmica, São Paulo, v. 62, n. 364, p. 392-399, dez. 2016.

SPECHT, L. P.; CERATTI, J. A. P.; BORGES, P. A. Análise reológica de ligantes modificados com borracha de pneus. Revista Pavimentação, v. 2, p. 37-44, 2007.

SPECHT, L. P.; CERATTI, J. A. P.; BRITO, L. A.; BERNUCCI, L. B. Avaliação das propriedades plásticas de misturas asfálticas com incorporação de borracha de pneus através dos processos úmido e seco. Revista Pavimentação, v. 2, p. 34-43, 2007.

TORRES, A. P. Compósitos com biochar e carvão vegetal para camadas de pavimentos asfálticos. 2018. 69p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2018.

TURNER, D. A.; WILLIAMS, I. D.; KEMP, S. Greenhouse gas emission factors for recycling of source-segregated waste materials. Resources, Conservation and Recycling, v. 105, p. 186-197, 2015.

WITCZAK, M. W.; FONSECA, O. A., Revised Predictive Model for Dynamic (Complex) Modulus of Asphalt Mixtures, Transportation Research Record, 1996, 15-23.

YAN, K.; XU, H.; YOU, L. Rheological properties of asphalts modified by waste tire rubber and reclaimed low density polyethylene. Construction and Building Materials, v. 83, p. 143-149, 2015.

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Published

2021-08-01

How to Cite

Pereira, A. G., Modolo, R. C. E., & Lacerda, B. de M. (2021). LABORATORY ASSESSMENT OF HOT ASPHALT MIXTURE PRODUCED WITH COMMERCIAL GRAPHITE. ix Sustentável, 7(3), 89–98. https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2021.v7.n3.89-98

Issue

Vol. 7 No. 3 (2021): Mix Sustentável (edição regular)

Section

Científica

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Attribution 4.0 International

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