Diversos fatores e variáveis influenciam a composição química e, em última análise, as propriedades de engenharia de um aglomerante usado em aplicações de pavimentação.

É importante que os técnicos que trabalham com especificações, sejam de materiais ou de misturas, tenham um forte conhecimento prático da relação entre a química do ligante asfálticos e as propriedades de engenharia que se espera no campo.

Além disso, a relação entre as ações de controle de processo padrão e a composição química final precisa ser entendida para que a correlação com o desempenho físico possa ser feita.

O conhecimento da composição química poderá ajudar os Engenheiros a fazerem escolhas mais assertivas com relação à seleção de ligantes, aditivos e modificadores e evitar erros potencialmente caros. 

Além disso, pesquisadores podem desenvolver métodos mais elaborados para projetar modificadores de ligantes e aditivos que resultarão em produtos de baixo custo e alto desempenho para aplicações específicas.

Métodos analíticos podem ser usados para identificar qualitativamente a composição química dos ligantes asfálticos com base em instrumentação analítica moderna. A informação da composição é útil para entender o ligante asfáltico e entender o que faz um cimento asfáltico de petróleo (CAP) se comportar de maneira diferente do outro.

Com os variados tipos de ligantes asfálticos disponíveis, informações de composição podem ser usadas para melhorar o produto através de modificação com aditivos ou para alterar procedimentos de projeto para acomodar propriedades específicas.

As informações de composição podem ser usadas para combinar asfalto e agregado, fornecer informações sobre quais modificações são necessárias para tornar-se um sistema de agregado e asfalto mais útil em um determinado ambiente, diagnosticar falhas e fornecer informações necessárias para medidas corretivas.

Apenas um número limitado de óleos crus produz cimento asfáltico de qualidade.

O CAP não é mais apenas o resíduo de refino de petróleo bruto. É reconhecido como um aglutinante e faz parte de um sistema de engenharia.

Todas as moléculas no asfalto são hidrocarbonetos com pequenas quantidades de enxofre, nitrogênio e oxigênio e traços de metais como vanádio e níquel. Os hidrocarbonetos podem consistir em estruturas poli aromáticas contendo diferentes números de anéis fundidos, estruturas policíclicas saturadas também com diferentes números de anéis e combinações destes.

Todas estas estruturas centrais contêm cadeias laterais de hidrocarbonetos saturados de diferentes comprimentos de cadeia e diferentes padrões de substituição. Muitas dessas cadeias laterais são perdidas durante o processo de refino, então as propriedades do cimento asfáltico de petróleo produzido hoje são diferentes daquelas do ligante que era simplesmente o resíduo de uma destilação de petróleo bruto.

Alguns importantes pesquisadores afirmam que o asfalto poderia ser considerado um sistema micelar. Os componentes insolúveis em hidrocarbonetos, asfaltenos e resinas, são dispersos numa mistura de hidrocarbonetos. O comportamento global do cimento asfáltico é controlado pela compatibilidade e as relações dos diferentes componentes nesta mistura macroscopicamente homogênea, ao invés da quantidade quantitativa de qualquer componente individual. 

Historicamente, o estudo da composição química do asfalto foi facilitado pela separação do asfalto em frações de componentes com base na polaridade dos componentes moleculares presentes ou suas características de adsorção, ou ambos. As frações componentes, às vezes chamadas de frações genéricas, embora úteis na classificação e caracterização de ligantes asfálticos e no fornecimento de misturas simplificadas para estudos posteriores, ainda são misturas complexas, e sua composição é uma função da fonte de asfalto. 

As frações dos componentes são, no entanto, exclusivas o suficiente para identificar sua contribuição particular para as complexas propriedades de fluxo do asfalto. Um equilíbrio adequado de tipos de componentes é necessário para um asfalto durável. O método de fracionamento de asfaltos nas frações genéricas – saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos evoluiu recentemente. 

Engenheiros Químicos conversando…que inveja (branca).

“Os asfaltenos são a fracção insolúvel precipitada a partir de uma solução de tolueno de aglutinante de asfalto por um solvente não polar tal como pentano ou heptano. O solvente precipitante afeta a quantidade de asfaltenos precipitados. A natureza das moléculas de asfalteno não precipitado depende do solvente precipitante; maiores quantidades de um precipitante são produzidas usando pentano. Em geral, os asfaltenos são definidos como a mistura de materiais precipitados pelo heptano. As moléculas de asfalteno são muito complexas e exibem uma tendência muito alta para se associarem a agrupamentos moleculares. A quantidade e as características dos asfaltenos variam de uma fonte de asfalto para outra. Eles desempenham um papel significativo na reologia de ligantes de asfalto.”

Praticamente todas as propriedades químicas do asfalteno, exceto a composição elementar, tem sido objeto de debate; seu peso molecular foi estimado em valores que abrangem seis ordens de grandeza. A determinação do peso molecular tem sido, e ainda é, um problema desafiador na química do asfalteno.

Em contraste, uma segunda escola de pensamento afirma que existem diferentes espécies moleculares no aglutinante de asfalto em uma dispersão coloidal de micelas de asfalteno nos maltenos. Acreditava-se que as resinas, isto é, os componentes polares dos maltenos, estabilizassem as micelas de asfalteno. Procedimentos analíticos extensivos estão apoiando este modelo.

Técnicas analíticas tradicionais, como espectroscopia de ultravioleta, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ressonância magnética nuclear (RMN) ou espectroscopia de massa forneceram informações substanciais sobre a composição química média do asfalto. 

A maioria dos ligantes asfálticos fornece espectros mais ou menos idênticos, e não há correlações gerais conhecidas entre propriedades físicas e qualquer grupo funcional específico, conforme identificado pelas técnicas listadas.

A única técnica que é frequentemente usada é FTIR, que permite a identificação de carbonilas e sulfóxidos formados como resultado do envelhecimento.

Técnicas analíticas modernas permitem uma definição mais completa das moléculas típicas do asfalto. Essas técnicas incluem análise termogravimétrica (TGA), análise térmica diferencial, cromatografia de permeação em gel (GPC), microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica (AFM). Essas técnicas modernas fornecem informações sobre as interações moleculares que governam as propriedades físicas da matriz asfáltica. Mudanças nas propriedades físicas produzidas por aditivos específicos podem ser determinadas para estimar sua eficácia.

TGA e calorimetria diferencial de varredura são usados para caracterizar asfaltos de petróleo e suas frações cromatográficas, incluindo a temperatura de transição vítrea e a porcentagem de frações cristalinas. 

A influência dos diferentes constituintes na estabilidade térmica do asfalto pode ser estudada pela TGA. Medições TGA fornecem um meio simples para determinar a estabilidade térmica do betume e a presença de espécies voláteis em ligantes.

O advento da calorimetria de varredura diferencial modulada fornece novos insights sobre a microestrutura do asfalto. O desenvolvimento da microestrutura do ligante e os cálculos da entropia e entalpia das transições sugerem que o asfalto é uma fase estruturada amorfa contendo pequena fase cristalina. O FTIR é um dos métodos mais importantes para a identificação de materiais asfálticos e a quantificação da distribuição de componentes de asfalto. 

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