CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção é aplicada ao campo técnico da modificação de ligantes asfaltos utilizados na construção de rodovias de pavimentos flexíveis, pela adição de pneus inservíveis com características próprias em um processo de alto cisalhamento também conhecido como terminal blend, gerando um ligante estável e com melhores caraterísticas para absorver os esforços gerados pela ação do tráfego e do clima nas rodovias.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] Asfaltos modificados por pó de pneus inservíveis já são conhecidos no estado da técnica por possuírem características que conferem um aumento de performance ao pavimento, diminuindo os efeitos nocivos do tráfego e das intempéries, tais como de recuperação elástica, elevado ponto de amolecimento e alta viscosidade rotacional.

[003] As técnicas atuais para a inserção do pó de borracha no ligante asfáltico são por via seca e via úmida. No processo por via seca a borracha é misturada ao ligante em substituição parcial ao agregado, gerando o concreto asfáltico modificado com adição de borracha. No processo por via úmida a borracha é moída mais fina do que no processo por via seca e é incorporada ao ligante aquecido, dando origem ao ligante modificado por borracha ou asfalto- borracha. O processo por via úmida pode ser feito de duas formas distintas, que são normalmente designados pelas expressões “continuous blend” e “terminal blend”. O continuous blend não envolve a moagem do ligante/modificador e é destinado à produção da mistura em obra para aplicação imediata devido à sua instabilidade. O terminal blend é destinado à produção da mistura para estocagem e caracteriza-se pela mistura da borracha finamente moída com o ligante quente em um processo que promove a moagem, agitação e circulação da mistura. Neste processo ocorre uma fusão entre o cimento asfáltico de petróleo (CAP) e o pó de borracha, através do aquecimento (180 ^Q C a 190 ^Q C) e da movimentação mecânica promovida por agitadores de baixo ou alto cisalhamento. O resultado é um ligante modificado estável que pode ser armazenado sem que haja separação das fases da mistura. Esse processo possibilita ainda maior controle de qualidade, uma vez que é realizado em plantas industriais.

[004] De forma geral, os processos que incorporam borracha aos ligantes asfálticos podem ser feitos por meio da mistura por agitação em alto ou baixo cisalhamento. Para possibilitar a incorporação da borracha ao asfalto, diversos processos de mistura por agitação em alto cisalhamento existentes no estado da técnica fazem o uso de aditivos, tais como solventes ou estabilizantes, ou ainda submetem a mistura a processos mais longos ou múltiplos processos de agitação.

[005] O documento EP439232B1 , por exemplo, adota mistura das partículas em três etapas, em temperaturas acima de 150 ^Q C. Neste documento os componentes mencionados para mistura são borracha, betume e óleos. A primeira etapa é composta pela mistura e aquecimento sob alto cisalhamento das partículas de borracha e óleo a 150-160 ^Q C. Na segunda etapa a mistura homogeneizada da primeira etapa é levada a um segundo misturador, onde a mistura é aquecida a 210-240 ^Q C. Na terceira etapa a temperatura é reduzida a 190-210 ^Q C e a mistura permanece por cerca de duas horas para amadurecimento e opcionalmente são adicionados os demais componentes do asfalto.

[006] Já o documento CN108659556A apresenta um método de preparação de asfalto modificado por borracha de alta viscosidade e alta elasticidade composto por polímero SBS (Estireno-Butadieno-Estireno), asfalto básico, asfalto natural, enxofre, borracha, estabilizador, agente de mistura quente e antienvelhecimento. Esses componentes são misturados em duas etapas: (i) pré-aquecimento do asfalto base a 170-180 ^Q C em um moinho coloidal por alto cisalhamento e adição da borracha; (ii) passagem da mistura da etapa (i) para um tanque de desenvolvimento para agitação cíclica por cerca de 2 horas e posterior passagem da mistura pelo moinho de alto cisalhamento, com a adição de estabilizador e reação por cerca de 3 horas. Esse processo é seguido pela adição do agente de mistura quente, novo aquecimento e mistura e posterior resfriamento, para obtenção da alta elasticidade.

REVELAÇÃO PROBLEMA TÉCNICO

[007] O processo de incorporação de borracha a ligantes asfálticos envolve a mistura por longos períodos, com a inserção de aditivos e, em geral, mais de um processo ou etapas de mistura. Essas variáveis adicionais implicam em maiores custos ao processo. Nos processos convencionais há problemas com a dispersão do pó de borracha, gerando misturas não homogéneas e com maior quantidade de resíduo sólido ao final. Essa dificuldade ocorre porque algumas partículas de borracha não passam pelo cisalhamento por ficarem aderidas às paredes dos reatores e às pás agitadoras.

[008] A mistura de borracha proveniente de pneus ao cimento asfáltico também gera outro passivo: a alta emissão de FLS devido à reação da borracha com o CAP em altas temperaturas.

SOLUÇÃO TÉCNICA

[009] Para superar os obstáculos e problemas descritos acima e outras desvantagens não mencionadas aqui, de acordo com os propósitos da invenção, tal como aqui descritos, um aspecto básico da presente invenção refere-se a um processo para obtenção de ligante asfáltico modificado com pó de borracha de pneumático de caracterizado por combinar em um único passe, em processo de moagem em reator de dispersão por alto cisalhamento, o pó de borracha com o cimento asfáltico submetidos a aquecimento a uma temperatura 175 ^Q C a 200 ^Q C.

EFEITOS VANTAJOSOS

[010] Ao se combinar o pó de borracha com o cimento asfáltico submetidos a aquecimento a uma temperatura 175 ^Q C a 200 ^Q C em um único passe, em processo de moagem em reator de dispersão por alto cisalhamento, há uma série de efeitos vantajosos, tais como: absorção total dos polímeros existentes no pó de borracha; diminuição da carga térmica aplicada sobre o ligante durante o período de modificação, menor consumo de energia para modificação, alta produtividade, estabilidade a estocagem e melhor performance.

[011] O processo se diferencia das soluções propostas no estado da técnica por obter uma mistura homogénea e com pouco resíduo ao final, o que decorre da moagem da borracha pelo moinho de alto cisalhamento, durante a mistura, em um único passe. Além disso, possui a vantagem de não usar dispersantes ou outros aditivos para homogeneização da mistura e prover um processo com menor tempo de mistura, pois por ser mais eficiente possibilita que a mistura passe apenas uma vez pelo moinho de alto cisalhamento.

[012] Diferente do documento EP439232B1 o presente pedido propõe a mistura da borracha com cimento asfáltico em um único passe no moinho de alto cisalhamento, resultando em um menor custo global do processo.

[013] O presente pedido se diferencia também de CN108659556A por utilizar borracha de pneus para inserção no cimento asfáltico, enquanto o documento do estado da técnica utiliza o polímero SBS. Esse polímero já e amplamente utilizado para inserção em asfaltos para melhora de propriedades mecânicas e durabilidade. Sua adição nos cimentos asfálticos difere das borrachas provenientes de pneus, pois é sua dispersão é mais fácil. Portanto, não é trivial a substituição da fonte de polímero nas misturas asfálticas, como a proposta pelo presente pedido. Além disso, ao propor o uso pneus inservíveis a presente invenção traz um benefício ambiental, não explorado pelo documento CN108659556A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO MODOS DA INVENÇÃO

[014] Esta invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes construtivos e arranjo de componentes determinados na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. A invenção é realizável com outras configurações e pode ser praticada ou executada de várias maneiras. Ademais, a fraseologia e terminologia aqui utilizadas têm o propósito de descrever e não devem ser consideradas como restritivas. O uso de “incluindo”, “compreendendo”, “possuindo”, “contendo” ou “envolvendo”, e variantes desses termos, tem a intenção de abarcar os itens listados após os ditos termos e seus equivalentes, bem como itens adicionais.

[015] Em um dos modos exemplificativos de execução da presente invenção o processo divulgado se inicia com o carregamento do pó de borracha em um silo de passagem. O pó então passa por uma gaveta magnética para retirada de resíduos de limalhas metálicas presentes na matéria prima. Em seguida a borracha é bombeada de forma automatizada para um silo de armazenamento e em seguida para o moinho de alto cisalhamento. Antes da entrada no moinho o pó de borracha passa por um detector de metais auxiliar para retirada de possíveis resquícios metálicos. Uma rosca dosadora controla a entrada do pó de borracha no moinho de acordo com a dosagem estabelecida em proporção ao CAP. A inserção das matérias primas no moinho de cisalhamento é ajustada através das rotações do motor da bomba de alimentação e da rosca dosadora, que controlam de forma simultânea a entrada de pó de borracha e de cimento asfáltico no moinho.

[016] O moinho de alto cisalhamento utilizado no processo divulgado na presente invenção é um moinho do tipo reator de dispersão de alto cisalhamento para processos contínuos, composto por três estágios. O primeiro estágio é composto por um conjunto de rotor e estator e nele ocorre a mistura do asfalto e do pó de borracha. A mistura é empurrada para as bordas onde há uma fileira de dentes do estator, dando origem à primeira moagem. O segundo estágio do moinho possui um conjunto de rotor e estator com quatro fileiras de dentes, duas no rotor e duas no estator, que promovem uma nova moagem em um processo chamado cisalhamento médio. No terceiro estágio o conjunto de rotor e estator possui seis fileiras de dentes, sendo três no rotor e três no estator, promovendo uma terceira moagem, conhecida como cisalhamento fino. Depois de passar por esses três estágios o produto final é bombeado para o tanque de armazenamento. A aplicação do moinho de alto cisalhamento, combinada com a utilização da borracha na granulometria e composição química adequadas garantem uma mistura mais homogénea, com menor quantidade de resíduos ao final do processo quando comparado aos outros métodos do estado da técnica, por exemplo o uso de agitadores por alto ou baixo cisalhamento. Além disso, devido à uma maior efetividade da mistura, a combinação das matérias primas pode ser feita em um único passe no moinho de alto cisalhamento, resultando em um ganho significativo de tempo de mistura. Para se obter o resultado desejado, o pó de borracha de pneus inservíveis deve se enquadrar na seguinte faixa granulométrica: 0% a 5% do material particulado passante na peneira #200 (0,075 mm), 10% a 35% passante na peneira #80 (0,180 mm), 40% a 80% passante na peneira #50 (0,300 mm), 60% a 100% passante na peneira #40 (0,420 mm) e 100% passante na peneira #30 (0,600), bem como possui teor de material polimérico e volátil mínimo 60%, teor de negro de carbono máximo de 36% e teor de cinzas máximo de 9%.

[017] Em um modo exemplificativo de execução da presente invenção, o asfalto modificado por borracha possui ponto de amolecimento de no mínimo 50 ^Q C, penetração (25 ^Q C, 100 g, 5 s, 0,1 mm) de 3 mm a 7 mm, recuperação elástica (25 ^Q C, 10 cm) de no mínimo 50%, viscosidade dinâmica (175 ^Q C, spindle 3, 20 rpm) de no mínimo 800 cP e no máximo 2000 cP, ponto de fulgor de no mínimo 235 ^Q C.

[018] Em um modo exemplificativo de execução da presente invenção, a proporção do pó de borracha adicionado está na faixa de 15% a 20%, e a proporção de cimento asfáltico adicionado está na faixa de 85% a 80%.

[019] Em um modo exemplificativo de execução da presente invenção o pó de borracha passa por imãs, para retirada de resíduos de limalha de aço, antes de ser inserido no moinho de alto cisalhamento.

[020] Em um modo exemplificativo de execução da presente invenção a temperatura de entrada do ligante asfáltico no moinho de alto cisalhamento está entre 150 ^Q C e 180 ^Q C.

[021] Em um modo exemplificativo de execução da presente invenção é empregado um misturador homogenizador de alto cisalhamento com três estágios de dispersão, compostos por três conjuntos de rotores e estatores possuindo dentes em uma angulação de aproximadamente 45 ^Q e velocidade de acionamento do eixo de 1100 rpm.

[022] Em um modo exemplificativo da presente invenção o moinho do tipo reator de dispersão de alto cisalhamento utilizado é o modelo Dispax Reactor DR-PB 2000/50 do fabricante IKA.

[023] Em um modo exemplificativo de execução da presente invenção é adicionado à mistura no moinho de alto cisalhamento um redutor de emissão de H ₂ S.

[024] Em um modo exemplificativo da presente invenção o aditivo redutor de emissão de hhS utilizado é do fabricante ArrMaz, comercializado sob o nome de deScent TBP e atua na reincorporação, ao ligante, do hhS emitido durante a modificação.

[025] Na Tabela 1 é apresentado um exemplo do processo de produção da do estado da técnica e na Tabela 2 é apresentado um exemplo do processo de produção de acordo com a presente invenção, para a mesma quantidade de asfalto modificado.

Tabela 1 - Estado da Técnica

Tabela 2 - Exemplo da Invenção