A primeira patente de emulsões asfálticas data de 1922 e foi arquivada pelo químico inglês Hugh Alan Mackay (patente nº 202.021).

Este evento marcou o início de uma nova geração de especificações de produtos a serem utilizados na construção de pavimentos asfálticos, fazendo um diferencial as soluções envolvendo misturas a quente ou diluição de asfaltos que tinham como propósito a redução da viscosidade do cimento asfáltico de petróleo (CAP).

Emulsão asfáltica é a dispersão de asfalto em água através da ação mecânica de cisalhamento e estabilizantes químicos tenso-ativos que diminuem a tensão interfacial asfalto/água facilitando a dispersão da fase asfalto.

As emulsões asfálticas se distinguem em:

• Emulsões Aniônicas que, quando sob a ação de um campo elétrico (ensaio de eletroforese) as partículas tendem a migrar para o anodo.
• Emulsões Catiônicas que pelo mesmo ensaio de eletroforese as partículas se dirigem para o catodo.

No Brasil trabalhamos exclusivamente com as emulsões CATIÔNICAS.

Emulsões são sistemas termodinamicamente instáveis, isto é, duas fases líquidas se separarão para reduzir a área interfacial.

Se a termodinâmica induz uma inevitável separação de fases, a estabilidade das emulsões e sua persistência é relativa à escala de tempo considerada para seu uso.

Diferentes mecanismos de desestabilização podem ocorrer de forma independente ou simultaneamente. Eles podem ser reversíveis porque estão ligados a fenômenos migratórios a fase continua ou irreversível porque eles levam a um aumento no tamanho da gota de asfalto e separação de fases.

A velocidade desses mecanismos depende do caso, isto é, o papel do surfactante que varia consideravelmente.

Matérias-primas para produção das emulsões asfálticas

Cimento Asfáltico de Petróleo – CAP: o asfalto é o ligante da emulsão. Conhecido desde a antiguidade é obtido principalmente pelo refino de petróleo. Possui grande poder aglomerante, leve, dúctil e flexível, do ponto de vista mecânico, ele se comporta como um material plástico ou elástico, de acordo com as condições de serviço.

Os asfaltos são misturas de hidrocarbonetos com peso molecular elevado, podendo pertencer aos seguintes grupos:

– alifático

– naftênico

– aromático

A utilização, como solvente seletivo, de um hidrocarboneto leve em excesso permite fracionar um asfalto em duas partes:

– parte dissolvida (maltenos): com aspecto de um óleo viscoso de coloração esmaecida;

– fração precipitada (asfaltenos): constituída pelos corpos de peso molecular muito alto, apresentando-se sob a forma de uma substância sólida e de cor escura.

Os asfaltos possuem inúmeras qualidades.

Água de dispersão: É bastante comum o mercado consumidor tratar a água constituinte das emulsões asfálticas como algo descartável, que está ali apenas como figurante, mas posso garantir que não é.

A água utilizada na fabricação das emulsões asfálticas é escolhida de modo a conter um mínimo de impurezas orgânicas e minerais. Para fabricação de certas emulsões é prescrito substituir íons cálcio e magnésio por íons sódio, pela tendência de reagirem com emulsivos (vamos falar tudo sobre emulsificantes também) e formarem compostos insolúveis em água fazendo-os perder a propriedade de emulsificante.

Emulsificantes: A obtenção de uma dispersão estável de asfalto em água necessita, entre outros, do uso de produtos que tenham afinidades com ambos. Esse produto chamamos de emulsificante (emulsivo) que possui uma estrutura molecular com duas partes:

lipófila: que tem afinidades com o asfalto, composta por um radical hidrocarbonado de cadeia linear, cíclica ou mista.

hidrófila: que tem afinidade com a água de dispersão composta por um conjunto de átomos às vezes muito diferentes.

A escolha do emulsificante depende essencialmente da utilização da emulsão. O emulsificante pode ser introduzido no asfalto, na água de dispersão (mais comum) ou ao mesmo tempo na água e no asfalto e são assim classificados:

Aniônico – carregado negativamente (-) Necessitam ser ativados (saponificados) com álcalis (KOH, NaOH etc.)

Catiônicos – carregados positivamente (+) Necessitam de ácidos (HCl, H3PO4 etc.) para serem protonados

Não iônicos – sem carga. Não necessitam de ativação

Durante a fabricação da emulsão, o emulsivo se fixa parte por adsorção na interface água/asfalto e faz o papel de um filme protetor em torno de cada partícula de asfalto disperso.

A cauda do emulsificante (parte lipofílica) é absorvida pelo glóbulo de asfalto enquanto a cabeça do emulsificante (parte hidrofílica) exposta na superfície do glóbulo. Neste caso vale a regra “semelhante dissolve semelhante”.

Como a carga elétrica da parte hidrofílica (cabeça do emulsificante) são iguais, ocorre a repulsão eletrostática, impedindo que os glóbulos de asfalto coalesçam (vamos conhecer esse processo).

O tipo e a concentração dos agentes emulsificantes têm uma relação direta com a estabilidade da emulsão ao bombeamento, ao transporte e ao armazenamento em temperatura ambiente.

O tamanho dos glóbulos de asfalto dispersos em água depende do moinho empregado e da viscosidade do asfalto original, usualmente entre 1 a 20 µm (0,001 a 0,020 mm) de diâmetro.

Produção da emulsão asfáltica em batelada

Fases aquosas são preparadas antes do início de cada produção que é passada de uma só vez pelo moinho coloidal em conjunto com a fase asfáltica.

Produção da emulsão asfáltica em processo contínuo

Fase aquosa é preparada “em linha” através de misturadores estáticos e passados imediatamente pelo moinho coloidal em conjunto com a fase asfáltica.

Composição da Emulsão Asfáltica

• Fase dispersa oleosa – cimento asfáltico de petróleo ou ligante asfáltico modificado: 40 a 70%. A maior parte das emulsões possui um resíduo asfáltico entre 60 a 67%.
• Fase contínua aquosa: entre 40 a 60%. Geralmente entre 33 a 40%. Nesta fase aquosa estão dissolvidos os tensoativos.
• Tensoativos ou emulsificantes – responsável pela compatibilização entre as fases heterogêneas oleosa e aquosa. Geralmente entre 0,2 a 2%.
• Solvente (em desuso). Geralmente na fase oleosa entre teores de 0 a 30%.
• Polímeros (na forma de látex na fase aquosa ou dissolvidos no ligante asfáltico): entre 0 a 4% (em base seca).
• Outros aditivos: entre 0 a 1%.

Especificações de Emulsões Asfálticas para Pavimentação

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