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Title: Análise do comportamento reológico e de envelhecimento de ligantes asfálticos contendo nanofibrilas de celulose.
Other Titles: Analysis of the rheological and aging behavior of asphalt binders containing cellulose nanofibrils.
???metadata.dc.creator???: MARINHO FILHO, Paulo Germano Tavares.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LUCENA, Lêda Christiane de Figueirêdo Lopes.
???metadata.dc.contributor.referee1???: LUCENA, Adriano Elísio de Figueirêdo Lopes.
???metadata.dc.contributor.referee2???: MENDONÇA, Ana Maria Gonçalves Duarte.
???metadata.dc.contributor.referee3???: CARDOSO, Giselia.
???metadata.dc.contributor.referee4???: FREIRE, Reuber Arrais.
Keywords: Reologia;Química de ligantes asfálticos;Mecânica e gerência de pavimentos;Geotécnica;Celulose;Rheology;Chemistry of asphalt binders;Pavement mechanics and management;Geotechnics;Cellulose;Ligantes asfálticos - envelhecimento
Issue Date: 1-Jun-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: MARINHO FILHO, Paulo Germano Tavares.Análise do comportamento reológico e de envelhecimento de ligantes asfálticos contendo nanofibrilas de celulose. 2023. 231 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: A adição de nanopartículas tem se tornado tema crescente em pesquisas científicas, devido ao seu tamanho extremamente reduzido, que pode se apresentar como uma alternativa para melhorar características das misturas asfálticas, como rigidez, redução de emissões, resistência à fadiga e retardamento do envelhecimento. Dentre os materiais aplicados na modificação de materiais, a celulose é apresentada como alternativa sendo um material com características de polímero natural e originado de fontes abundantes, pois pode ser obtido a partir de resíduos de vegetação e bactérias. Este trabalho incorporou, ao ligante asfáltico CAP 50/70, dois tipos de nanofibrilas de celulose (CNF) em teores de 0,5, 1, 2 e 5% na proporção massa/massa. As misturas de ligante com nanopartículas desenvolvidos foram avaliadas química e reologicamente, e, também submetidas aos diferentes procedimentos de envelhecimento por simulação de envelhecimento a curto prazo (RTFOT), ciclos de gelo e degelo em placa USAT (FreezeThaw), por exposição à radiação UV e período prolongado em estufa com circulação forçada de ar. As análises químicas por espectroscopia na região do infravermelho foram utilizadas como ferramentas para melhor compreender as alterações de grupos funcionais do ligante asfáltico CAP 50/70 e efeitos do envelhecimento que possam ser correlacionados com desempenho reológico. As análises reológicas permitiram identificar tendência de ganhos de rigidez com a incorporação de nanopartículas à medida que os teores de nanopartículas de celulose eram aumentados, refletidos nos parâmetros de módulo de cisalhamento dinâmico (|G*|) e compliância não recuperável (Jnr), que indicam resistência à deformabilidade do material à temperatura de 64°C, sinalizando utilizar teores superiores a 5% para alcançar resultados satisfatórios. Os procedimentos de envelhecimento demonstraram alterações expressivas nas características reológicas do material. Em todos os casos o comportamento quanto a fadiga, avaliado pelo ensaio de Varredura de Dano em Amplitude Linear (LAS), indicaram que a incorporação das CNF não reduz sua resistência à fadiga, apesar do aumento da sua rigidez. Foram realizadas alterações na superfície das nanopartículas com o objetivo de melhorar a interação entre as CNFs e o ligante asfáltico, incorporando teores de 2 e 5% já avaliados anteriormente e aumentando-se também os teores de material incorporado para 7 e 10%. No entanto, os resultados obtidos não indicaram alterações significativas nos resultados reológicos devido à modificação em si, mas sim devido aos teores elevados de incorporação.
Abstract: The addition of nanoparticles has become a growing topic in scientific research due to their extremely small size, which can serve as an alternative to improve the characteristics of asphalt mixtures, such as stiffness, emission reduction, fatigue resistance, and aging retardation. Among the materials used for modification, cellulose is presented as an alternative, being a natural polymer material derived from abundant sources, as it can be obtained from vegetation waste and bacteria. This study incorporated two types of cellulose nanofibrils (CNF) into the asphalt binder CAP 50/70, at mass ratios of 0.5, 1, 2, and 5%. The developed binder-nanoparticle mixtures were chemically and rheologically evaluated and subjected to different aging procedures including short-term aging simulation (RTFOT), freeze-thaw cycles using a USAT plate (Freeze-Thaw), and exposure to UV radiation, and prolonged period in an oven with forced air circulation. Chemical analysis using infrared spectroscopy was employed as a tool to better understand the changes in functional groups of the asphalt binder CAP 50/70 and aging effects that can be correlated with rheological performance. Rheological analysis identified a trend of increased stiffness with the incorporation of nanoparticles, as reflected in the parameters of dynamic shear modulus (|G*|) and non-recoverable compliance (Jnr), indicating improved resistance to material deformability at a temperature of 64°C. Results suggest that higher percentages than 5% of cellulose nanoparticles should be used to achieve satisfactory outcomes. The aging procedures demonstrated significant changes in the rheological characteristics of the material. In all cases, fatigue behavior evaluated by Linear Amplitude Sweep (LAS) testing indicated that the incorporation of CNFs does not reduce fatigue resistance despite the increased stiffness. Surface modifications were performed on the nanoparticles to enhance the interaction between CNFs and the asphalt binder, incorporating previously evaluated mass ratios of 2 and 5% and further increasing the incorporation levels to 7 and 10%. However, the obtained results did not indicate significant changes in the rheological outcomes due to the modification itself, but rather due to the high incorporation levels.
Keywords: Reologia
Química de ligantes asfálticos
Mecânica e gerência de pavimentos
Geotécnica
Celulose
Rheology
Chemistry of asphalt binders
Pavement mechanics and management
Geotechnics
Cellulose
Ligantes asfálticos - envelhecimento
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia civil.
Engenharia ambiental.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/33526
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental

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PAULO GERMANO TAVARES MARINHO FILHO – TESE (PPGECA) 2023.pdf9.6 MBAdobe PDFView/Open


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