Study of the technical viability of using shale-oil residue as extender oil in asphalt-rubber binders

Ligante asfáltico e borracha moída de pneus são materiais, na maioria das vezes, de difícil compatibilização, exigindo a adição de produtos químicos que facilitem a dispersão e a incorporação da borracha, como, por exemplo, os óleos extensores. A presente pesquisa tem por objetivo verificar a hipótese de que o resíduo de óleo de xisto, por se tratar de um óleo aromático, presta-se bem como óleo extensor de borracha, permitindo, inclusive, a adição de teores de borracha maiores que os normalmente incorporados aos ligantes asfálticos na ausência de óleos extensores. A tentativa de verificação de tais hipóteses foi efetuada por meio de uma programação laboratorial dividida em duas etapas. A primeira englobou uma investigação sobre o efeito da borracha moída e do resíduo de óleo de xisto sobre características físicas de 27 ligantes asfálticos, a fim de modelar diversas propriedades reológicas desses materiais, tendo como variáveis previsoras as porcentagens de componentes e as variáveis de processo. Na segunda etapa, foram estudados 8 ligantes asfálticos, a fim de obter dados para a validação dos modelos definidos na primeira etapa e também para a modelagem de propriedades não contempladas na primeira fase. Em ambas as fases, o planejamento dos experimentos foi efetuado empregando a técnica estatística de experimentos com misturas. A caracterização física dos ligantes asfálticos foi efetuada por meio de ensaios tradicionais (ponto de amolecimento, penetração e resiliência) e da especificação Superpave (viscosidade aparente, balanço de massa, cisalhamento dinâmico e fluência na flexão), em ligantes virgens e submetidos às práticas de envelhecimento a curto e longo prazos indicadas pela especificação Superpave (RTFOT e PAV). Ensaios de estabilidade à estocagem também foram realizados. Há evidências de que o resíduo de óleo de xisto pode ser empregado como óleo extensor em ligantes asfalto borracha, porém a seleção das concentrações adequadas dos componentes (asfalto, borracha e resíduo de óleo de xisto) depende do monitoramento de propriedades reológicas nas temperaturas de ocorrência dos principais defeitos do pavimento na região de implantação da rodovia.Asphalt binder and crumb rubber from discarded tires are materials that, most of time, are not compatible, requiring the addition of chemical products to facilitate the dispersion and incorporation of rubber particles as, for example, the extender oils. This research aims at evaluating the hypothesis that the shale-oil residue, once it is an aromatic oil, may be used as an extender oil for asphalt-rubber binders, allowing the incorporation of crumb-rubber proportions even higher than those usually added to asphalt binders without extender oils. The effort to verify these hypotheses was made by means of a laboratorial program divided in two steps. In the first step an investigation was carried out to assess the effects of crumb rubber and shale-oil residue on physical characteristics of twenty seven asphalt binders, in order to model rheological properties of these materials, using the component proportions and the process variables as predictor variables. In the second step, eight asphalt binders were studied, to obtain data to validate the original models and to model some properties that were not monitored in the first step. In both steps, the experiment was designed using the statistical technique of experiments with mixtures. The physical characterization of the asphalt binders was performed using traditional tests (softening point, penetration and resilience) and those of Superpave specification (apparent viscosity, mass loss, dynamic shear and flexural creep), with materials in three conditions: virgin, short-term aged (RTFOT) and long-term aged (PAV). Storage stability tests were also performed. There are evidences that the shale-oil residue can be used as an extender oil in asphalt-rubber binders, but the selection of the adequate concentrations of the components (asphalt, rubber and oil) depends on the measurement of rheological properties in the temperatures at which the main pavements distresses occurs in the place the road will be constructed