Para avaliar a influência dos diferentes fatores – tipo e teor de fíler, tipo de agregado e de ligante asfáltico – nas propriedades reológicas do mástique foi realizada a análise de variância para os valores de módulo complexo (G*), ângulo de fase ( ) e o parâmetro da especificação Superpave para a deformação permanente (G*/sen ).
Assim, a seguinte hipótese nula foi testada: H0: os fatores não influenciam na resposta do valor
propriedades reológicas do mástique asfáltico; para valores de F0 maiores que f0, a hipótese nula
H0 é rejeitada, ou seja, o fator influencia na resposta.
a) Módulo Complexo
Primeiramente, consideraram-se os fatores tipo de fíler em quatro níveis (sílica, cimento Portland, pó calcário e cal hidratada), teor de fíler em três níveis (f/a=0,0; 0,6 e 0,9), tipo de ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 85/100) e frequência de carregamento (0,1; 1,0 e 10 rad/s).
A segunda análise foi realizada considerando-se os fatores tipo de fíler em três níveis (sílica, cimento Portland e pó calcário), teor de fíler em quatro níveis (f/a=0; 0,6; 0,9 e 1,2), tipo de ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 85/100) e frequência de carregamento (0,1; 1,0 e 10 rad/s).
Os dados do experimento para a Análise de Variância (ANOVA) do módulo complexo estão na Tabela 3.2, enquanto que a Tabela B.15 do Apêndice B apresenta o resumo dos valores da análise (1) e da análise (2).
Tabela 3.2 - Dados do experimento do módulo complexo Teor de fíler (%) Tipo de fíler CAP 85/100 CAP 50/70 Frequência de carregamento
0,1 rad/s 1 rad/s 10 rad/s 0,1 rad/s 1 rad/s 10 rad/s 0
silica
1,91E+04 1,14E+05 7,50E+05 4,55E+04 2,34E+05 1,45E+06 0,6 4,22E+04 3,02E+05 1,36E+06 1,57E+05 7,65E+05 4,17E+06 0,9 5,74E+04 4,23E+05 2,85E+06 1,73E+05 9,28E+05 4,28E+06 1,2 8,82E+04 6,03E+05 3,97E+06 1,82E+05 9,80E+05 6,96E+06
0
cimento
1,91E+04 1,14E+05 7,50E+05 4,55E+04 2,34E+05 1,45E+06 0,6 4,55E+04 3,25E+05 1,46E+06 8,87E+04 6,83E+05 3,23E+06 0,9 5,88E+04 4,44E+05 3,08E+06 1,61E+05 1,01E+06 5,85E+06 1,2 8,25E+04 5,55E+05 3,00E+06 3,05E+05 1,82E+06 9,50E+06
0
calcario
1,91E+04 1,14E+05 7,50E+05 4,55E+04 2,34E+05 1,45E+06 0,6 4,22E+04 3,02E+05 1,36E+06 1,61E+05 7,21E+05 4,39E+06 0,9 6,06E+04 4,02E+05 2,71E+06 1,69E+05 9,80E+05 5,71E+06 1,2 6,69E+04 5,15E+05 2,71E+06 2,60E+05 9,56E+05 6,96E+06
0
cal
1,91E+04 1,14E+05 7,50E+05 4,55E+04 2,34E+05 1,45E+06 0,6 82450,39 541735,7 2,85E+06 1,77E+05 1,01E+06 5,85E+06 0,9 142642,3 797315,5 4,28E+06 3,78E+05 2,22E+06 7,88E+06 Na Tabela 3.3 está apresentado o resumo dos valores do teste f0 da análise de variância do
módulo complexo, com a identificação da influência dos fatores e interações considerados; para valores de F0 maiores que f0 o fator influencia o módulo complexo.
Pode-se perceber que os fatores que mais influenciaram o módulo complexo foram a frequência de carregamento e o tipo de ligante, como já havia sido concluído através das curvas mestre. O teor de fíler teve influência significativa no módulo complexo, enquanto que o tipo de fíler apresentou influência apenas quando se considera na análise o fíler de cal hidratada, mostrando a grande atividade desse mineral.
Tabela 3.3 - Resumo da Análise de Variância do módulo complexo, dos valores de f0 e da
influência dos fatores e suas interações, para as análises (1) e (2)
Fator Análise (1) Análise (2)
F0 f0 Influência F0 f0 Influência
A
(tipo de fíler) 24,92 3,49 sim 1,04 3,89 não
B
(teor de fíler) 226,05 3,89 sim 68,94 3,49 sim C
(tipo de ligante ) 233,43 4,75 sim 130,10 4,75 sim D
(frequência de carregamento) 997,97 3,89 sim 498,37 3,89 sim
AB 7,97 3,00 sim 1,54 3,00 não AC 2,52 3,49 não 1,63 3,89 não AD 31,13 3,89 sim 0,42 4,75 não BC 26,41 3,89 sim 11,91 3,89 sim BD 116,42 4,75 sim 40,41 3,00 sim CD 114,77 3,89 sim 71,88 3,89 sim
ABC 2,03 3,00 não 1,99 3,00 não
ABD 3,52 2,69 sim 0,85 2,69 não
ACD 1,02 3,00 não 1,00 4,75 não
BCD 12,13 4,75 sim 7,13 3,00 sim
b) Ângulo de Fase
Para a análise da influência dos diferentes fatores no ângulo de fase, primeiramente consideraram-se os fatores tipo de fíler em quatro níveis (sílica, cimento Portland, calcário e cal hidratada), teor de fíler em três níveis (f/a=0,0; 0,6 e 0,9), tipo de ligante asfáltico em dois níveis (CAP 50/70 e CAP 85/100) e frequência de carregamento em três níveis (0,1; 1,0 e 10 rad/s).
Na segunda análise foram considerados os fatores tipo de fíler em três níveis (sílica, cimento Portland e pó calcário), teor de fíler em quatro níveis (f/a=0; 0,6; 0,9 e 1,2), tipo de ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 85/100) e frequência de carregamento (0,1; 1,0 e 10 rad/s).
Os dados do experimento para a análise do ângulo de fase estão mostrados na Tabela 3.4 enquanto que na Tabela B.16 do Apêndice B apresentam-se o resumo dos valores da ANOVA para as análises (1) e (2).
Tabela 3.4 - Dados do experimento do ângulo de fase Teor de fíler (%) Tipo de fíler CAP 50/70 CAP 85/100 Frequência de carregamento
0,1 rad/s 1 rad/s 10 rad/s 0,1 rad/s 1 rad/s 10 rad/s 0 silica 80,53 74,57 67,45 83,62 80,36 74,12 0,6 81,05 73,60 66,43 84,21 79,49 73,26 0,9 81,11 73,80 66,19 83,01 77,15 70,60 1,2 80,22 73,19 65,79 82,96 77,98 72,82 0 cimento 80,53 74,57 67,45 83,62 80,36 74,12 0,6 79,12 72,84 65,48 83,72 72,84 72,49 0,9 80,33 72,48 65,04 83,13 72,48 71,93 1,2 78,59 70,86 62,80 82,96 77,41 71,95 0 calcario 80,53 74,57 67,45 83,62 80,36 74,12 0,6 78,61 72,56 65,29 84,24 79,42 73,10 0,9 79,90 72,88 65,55 83,38 77,41 71,09 1,2 78,79 72,12 64,56 82,88 77,53 72,45 0 cal 80,53 74,57 67,45 83,62 80,36 74,12 0,6 78,54 71,33 63,27 83,00 76,40 70,82 0,9 79,61 70,99 63,14 80,31 75,54 68,32
Na Tabela 3.5 está apresentado o resumo dos valores do teste f0 da análise de variância do ângulo
de fase, com a influência dos fatores considerados, para as análises considerando o fator tipo de fíler em 4 e o teor de fíler em 3 níveis (análise (1)) e o tipo de fíler em 3 níveis e o teor de fíler em 4 níveis (análise (2)); para valores de F0 maiores que f0 o fator influencia o ângulo de fase.
Pode-se perceber que os fatores que mais influenciaram o ângulo de fase foram a frequência de carregamento e o tipo de ligante, como já havia sido concluído através das curvas mestre. O teor de fíler teve influência maior que o tipo de fíler, sendo que os dois fatores influenciaram significativamente a resposta do ângulo de fase do mástique.
Tabela 3.5 - Resumo da Análise de Variância do ângulo de fase, dos valores de f0 e da influência
dos fatores e suas interações, para as análises (1) e (2)
Fator Análise (1) Análise (2)
F0 f0 Influência F0 f0 Influência
A
(tipo de fíler) 14,70 3,49 sim 10,78 3,89 sim
B
(teor de fíler) 60,15 3,89 sim 22,68 3,49 sim
C
(tipo de ligante ) 666,60 4,75 sim 657,89 4,75 sim D
(frequência de carregamento) 1567,40 3,89 sim 1373,24 3,89 sim
AB 4,05 3,00 sim 1,52 3,00 não AC 2,50 3,49 não 2,27 3,89 não AD 9,64 3,89 sim 2,81 4,75 não BC 9,51 3,89 sim 5,63 3,89 sim BD 7,63 4,75 sim 3,50 3,00 sim CD 26,57 3,89 sim 26,36 3,89 sim
ABC 1,00 3,00 não 1,82 3,00 não
ABD 0,86 2,69 não 0,97 2,69 não
ACD 3,07 3,00 sim 2,70 4,75 não
BCD 1,71 4,75 não 1,31 3,00 não
c) Parâmetro de Deformação Permanente (G*/sen )
Para a análise do parâmetro de deformação permanente (G*/sen ), determinou-se qual a temperatura em que G*/sen ≥1kPa, para cada mástique sem envelhecimento, que é o valor determinado pela especificação Superpave.
Analisou-se a influência, primeiramente, dos fatores tipo de fíler em quatro níveis (sílica, cimento Portland, calcário e cal hidratada), teor de fíler em três níveis (f/a=0,0; 0,6 e 0,9) e tipo de ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 85/100).
Na segunda análise, foram analisados os fatores tipo de fíler em três níveis (sílica, cimento Portland e pó calcário), teor de fíler em quatro níveis (f/a=0; 0,6; 0,9 e 1,2) e tipo de ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 85/100).
Os dados do experimento para a análise das temperaturas em que G*/sen ≥1kPa estão mostrados na Tabela 3.6 enquanto que na Tabela B.17 do Apêndice B apresentam-se o resumo dos valores da ANOVA para as análises (1) e (2).
Tabela 3.6 - Dados do experimento do parâmetro G*/sen Teor de fíler
(%) Tipo de fíler
Tipo de ligante asfáltico CAP 50/70 CAP 85/100 0 silica 65,0 60,0 0,6 73,5 65,0 0,9 76,0 69,0 1,2 78,5 71,0 0 cimento 65,0 60,0 0,6 74,5 66,5 0,9 77,5 72,0 1,2 81,0 74,0 0 calcario 65,0 60,0 0,6 75,0 60,0 0,9 77,5 67,5 1,2 90,5 69,5 0 cal 65,0 60,0 0,6 77,5 70,5 0,9 82,5 71,5
Na Tabela 3.7 está apresentado o resumo dos valores do teste f0 da análise de variância do
parâmetro G*/sen , com a resposta da influência dos fatores considerados, para as análises considerando-se o fator tipo de fíler em 4 e o teor de fíler em 3 níveis (análise (1)) e o tipo de fíler em 3 níveis e o teor de fíler em 4 níveis (análise (2)); para valores de F0 maiores que f0 o
Pode-se perceber que o fator que mais influenciou no parâmetro de deformação permanente foi o tipo de ligante, como já concluído através das curvas mestre. O fator teor de fíler também foi significativo para a resposta do mástique, porém, o fator tipo de fíler apenas foi significativo quando considerado na análise o fíler de cal hidratada, da mesma forma que para o módulo complexo, o que reforça o comportamento de grande atividade desse mineral.
Tabela 3.7 - Resumo da Análise de Variância do parâmetro G*/sen , dos valores de f0 e da
influência dos fatores e sua interação, para as análises (1) e (2)
Fator análise (1) análise (2)
F0 f0 Influência F0 f0 Influência A
(tipo de fíler) 5,51 4,76 sim 0,86 5,14 não
B
(teor de fíler) 99,46 5,14 sim 42,61 4,76 sim
C
(tipo de ligante asfáltico) 123,71 5,99 sim 79,86 5,99 sim
AB 1,53 4,28 não 0,98 4,28 não
AC 1,47 4,76 não 4,33 5,14 não
BC 4,02 5,14 não 2,47 4,76 não
3.5.2 Ensaio de Fluência em Viga à Flexão
A Figura 3.32 (a) e (b) ilustra os resultados da rigidez à fluência na flexão [S(60)], para os mástiques compostos pelo CAP 50/70 e 85/100, respectivamente, e com os fileres de pó calcário, cimento Portland e cal hidratada, em função do teor de fíler, para o envelhecimento no PAV convencional (20 horas a 100°C).
(a) (b)
Figura 3.32 - Valores de Rigidez à Fluência na flexão [S(60)] para mástiques submetidos ao PAV convencional: (a) CAP 50/70 e (b) CAP 85/100
Pode-se observar que houve um aumento da rigidez com o aumento do teor de fíler e que o fíler de cal hidratada apresentou maior rigidez, para ambos os ligantes asfáltico (CAP 50/70 e CAP 85/100), com evidências de que a utilização de maiores teores de fíler prejudicam a resposta ao trincamento a baixas temperaturas.
Para o CAP 85/100, o mástique composto pelo fíler de pó calcário apresentou valor de rigidez maior que o com cimento Portland, para todos os teores ensaiados. Já para o CAP 50/70, o mástique composto pelo cimento Portland apresentou valores semelhantes ao da cal hidratada, na relação f/a de 0,6, sendo que para a relação f/a de 1,2 o mástique composto pelo cimento Portland apresentou o mesmo valor que o com fíler de pó calcário. Isso indica que o comportamento de diferentes fileres depende não somente do tipo de fíler ou do tipo de ligante asfáltico, mas sim da interação fíler-ligante asfáltico, da afinidade entre a superfície e composição do fíler e as propriedades do ligante asfáltico.
A Figura 3.33 (a) e (b) ilustra os resultados do módulo de relaxação [m(60)] para os mástiques compostos pelo CAP 50/70 e 85/100, respectivamente, com os fileres de pó calcário, cimento Portland e cal hidratada, em função do teor de fíler, para o envelhecimento no PAV convencional (20 horas a 100°C).
(a) (b)
Figura 3.33 - Valores de Módulo de relaxação [m(60)] para mástiques submetidos ao PAV convencional: (a) CAP 50/70 e (b) CAP 85/100
Pode-se perceber que o aumento do teor de fíler diminui o módulo de relaxação. Com isso, maiores teores de fíler diminuem a eficiência na dissipação das tensões formadas durante a contração do ligante asfáltico, quando a temperatura do pavimento cai abruptamente, aumentando a formação de trincas.
Em relação ao tipo de fíler, os mástiques compostos pela cal hidratada apresentaram os menores valores do módulo de relaxação, para ambos os ligantes asfálticos. O comportamento dos mástiques compostos pelo fíler de cimento Portland depende do tipo de ligante utilizado, pois para o CAP 50/70 apresentaram valores de módulo de relaxação próximos ao da cal hidratada para a relação f/a de 0,6 e próximos ao do pó calcário para a relação f/a de 1,2, enquanto que para o CAP 85/100, os mástique compostos pelo fíler de cimento Portland apresentaram os maiores valores de módulo de relaxação.
A Figura 3.34 (a) e (b) ilustra os resultados da rigidez à fluência na flexão [S(60)] para os mástiques compostos pelo CAP 50/70 e 85/100, respectivamente, com os fileres de pó calcário, cimento Portland e cal hidratada, em função do teor de fíler, para o envelhecimento no PAV modificado (100 horas a 60°C).
(a) (b)
Figura 3.34 - Valores de Rigidez à Fluência na Flexão para mástiques submetidos ao PAV modificado: (a) CAP 50/70 e (b) CAP 85/100
O comportamento da rigidez dos mástiques não sofreu influência significativa dos procedimentos de envelhecimento no PAV, pois os valores com o ligante asfáltico modificado foram ligeiramente superiores, porém a tendência foi a mesma, o que leva à conclusão que o tipo de envelhecimento não interfere na rigidez à fluência.
A Figura 3.35 (a) e (b) ilustra os resultados do módulo de relaxação [m(60)] para os mástiques compostos pelo CAP 50/70 e 85/100, respectivamente, e com os fileres de pó calcário, cimento Portland e cal hidratada em função do teor de fíler, para o envelhecimento no PAV modificado (100 horas a 60°C).
(a) (b)
Figura 3.35 - Valores de Módulo de Relaxação [m(60)] para mástiques submetidos ao PAV modificado: (a) CAP 50/70 e (b) CAP 85/100
O comportamento do módulo de relaxação dos mástiques também não sofreu influência do procedimento de envelhecimento no PAV, assim como ocorreu para a rigidez.
Para avaliar o aumento de rigidez na fluência na flexão, que pode ser um indicador do potencial enrijecedor do fíler, fez-se a comparação dos valores obtidos com os mástiques com o valor do ligante asfáltico puro, indicando-se quantas vezes a rigidez dos mástiques aumentou em relação à do ligante asfáltico puro (f/a = 0,0). A Tabela 3.8 mostra os valores do aumento da rigidez na fluência na flexão dos mástique compostos com os fileres de pó de calcário, cimento Portland e cal hidratada, em função das relações fíler/asfalto, para os ligantes asfálticos CAP 50/70 e o CAP 85/100, para os envelhecimentos em PAV convencional (20 horas e 100 °C) e modificado (100 horas e 60 °C). Os números entre parênteses são os valores da rigidez na fluência na flexão do ligante asfáltico puro.
Tabela 3.8 - Valores de aumento da rigidez à fluência na flexão Relação
fíler/asfalto Fíler
PAV Convencional PAV Modificado
CAP 50/70 CAP 85/100 CAP 50/70 CAP 85/100
0 - 1,00 (186,91 MPa) 1,0 (123,02MPa) 1,0 (204,95 MPa) 1,00 (136,33 MPa) 0.6 pó calcário 1,8 2,2 1,70 1,91 1.2 3,3 3,8 3,30 3,3 0.6 cimento Portland 2,4 2,0 1,71 1,98 1.2 3,3 3,3 3,3 3,4 0.3 cal hidratada 1,7 1,9 1,67 1,71 0.6 2,4 2,7 2,5 2,8
As Figuras 3.36 e 3.347 mostram o aumento da rigidez na fluência na flexão em função da relação f/a, compostos com o CAP 50/70 (a) e 85/100 (b), para mástiques envelhecidos no PAV convencional e no PAV modificado, respectivamente.