dc.contributor.advisor |
Muiambo, Hermínio Francisco |
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dc.contributor.author |
Tamele Júnior, Lucas Filipe |
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dc.date.accessioned |
2022-08-31T06:43:37Z |
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dc.date.issued |
2022-06 |
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dc.identifier.uri |
http://www.repositorio.uem.mz/handle258/696 |
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dc.description.abstract |
Asphalt binders play an essential role in the performance and properties of asphalt mixtures.
The increase in heavy loads, greater traffic volume, and high tire pressure, combined with a
substantial variation in daily and seasonal temperatures, are the main responsible for the failure of
asphalt pavements. To avoid or mitigate these failures, the present research proposes the use of
thermoplastic polymers, the High-Density Polyethylene (HDPE) and Linear Low-Density
Polyethylene (LLDPE) and nanoclay Dellite 43B for modification of asphalt in order to improve
its rheological and thermal properties. The nanocomposites were prepared using the solution
intercalation method in a high shear mixer for a mixing time of 1.5 h, at 180 °C and 5000 rpm.
Several test methods were carried out on the binders, including penetration, softening point,
ductility at 25 °C, viscosity at 165 °C, short-term aging in a rotational thin-film oven test (RTFOT),
thermogravimetric analysis (TGA), and decomposition kinetics by the Coats-Redfern method. In
addition, the penetration, softening point and viscosity at 165 °C results, were used for the
determination of the optimal formulation using orthogonal Taguchi design with 2 factors and 2
test levels. The addition of Dellite 43B improved the rheological and thermal properties of neat
asphalt and HDPE/LLDPE-modified asphalt. The results of the physical characterization showed
decrease in penetration and ductility, increase in softening point, thermal susceptibility and
viscosity. On the other hand, the durability characterization of asphalt binders showed that the
addition of nanoclay prevents the diffusion of oxygen molecules and heat through neat asphalt and
polymer modified asphalt matrix, therefore the triple binders showed lower weight variation, lower
viscosity aging index and higher ductility retention after RTFO tests. The thermal analysis showed
that nanocomposites have greater stability at higher temperatures by exhibiting higher amounts of
residue and improved initial and final decomposition temperatures. In this study, the optimized
formulation has 3 wt.% of LLDPE and nanoclay by weight of asphalt. All nanocomposites binders
are a suitable solution for paving roads in countries experiencing high temperatures combined with
long periods of heavy rain. |
en_US |
dc.description.sponsorship |
Fundo para a Investigação Aplicada e Multissectorial |
en_US |
dc.language.iso |
por |
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dc.rights |
openAcess |
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dc.subject |
Asfalto |
en_US |
dc.subject |
Nanoargila dellite 43B |
en_US |
dc.subject |
HDPE |
en_US |
dc.subject |
Propriedades reológicas |
en_US |
dc.subject |
LLDPE |
en_US |
dc.subject |
Propriedades térmicas |
en_US |
dc.title |
Avaliação do efeito da adição da Nanoargila Dellite 43B sobre as propriedades termoreológicas do asfalto modificado por polímero |
en_US |
dc.type |
thesis |
en_US |
dc.description.embargo |
2022-08-25 |
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dc.description.resumo |
Os ligantes asfálticos desempenham um papel essencial no desempenho e propriedades das
misturas asfálticas. O aumento de cargas pesadas, maior volume de tráfego e alta pressão dos
pneus, combinados com uma variação substancial das temperaturas diárias e sazonais, são os
principais responsáveis pela falha dos pavimentos asfálticos. Para evitar ou mitigar estas falhas, a
presente investigação propõe a utilização de polímeros termoplásticos, o polietileno de alta
densidade (HDPE) e polietileno linear de baixa densidade (LLDPE) e nanoargila Dellite 43B para
modificação do asfalto, a fim de melhorar as suas propriedades reológicas e térmicas. Os
nanocompósitos foram preparados pelo método de intercalação de soluções num misturador de
alto cisalhamento durante um tempo de mistura de 1.5 h, a 180 °C e 5000 rpm. As amostras foram
analisadas quantos aos ensaios de penetração, ponto de amolecimento, ductilidade a 25 °C,
viscosidade a 165 °C, envelhecimento a curto prazo em uma estufa de película delgada rotacional
(RTFO), análise termogravimétrica (TGA) e cinética de decomposição pelo método de Coats–
Redfern. Além disso, os ensaios de penetração, ponto de amolecimento e viscosidade a 165 °C,
foram usados como respostas para a determinação da fórmula óptima através de desenho ortogonal
de Taguchi com 2 factores e 2 níveis de teste. A adição da nanoargila Dellite 43B melhorou as
propriedades reológicas e térmicas do asfalto puro bem como do asfalto modificado pelos
polímeros HDPE ou LLDPE. Os resultados da caracterização física mostraram diminuição da
penetração e ductilidade, aumento do ponto de amolecimento, susceptibilidade térmica e
viscosidade. Por outro lado, a caracterização da durabilidade dos ligantes asfálticos mostrou que a
adição da nanoargila evita a propagação de moléculas e calor na matriz do asfalto puro e asfalto
modificado por polímero, pois os nano-ligantes apresentaram menor variação de massa, menor
índice de envelhecimento e maior retenção da ductilidade após testes de RTFOT. A análise térmica
mostrou que nanocompósitos têm maior estabilidade a temperaturas mais elevadas, ao exibirem
maiores quantidades de resíduos e melhorarem as temperaturas de decomposição inicial e final.
Neste estudo, a fórmula optimizada possui 3 % em massa do asfalto de LLDPE e nanoargila. Todos
os ligantes preparados apresentam-se como uma solução adequada para a pavimentação de
estradas em países que experimentam temperaturas elevadas combinadas com longos períodos de
chuva intensa. |
en_US |