Experimental and Life Cycle assessment of RAP modified with Fe2O3 and Waste Cooking Oil Admixtures

Resumo Técnico: Avaliação Experimental e de Ciclo de Vida de RAP Modificado com Aditivos de Fe2O3 e Óleo de Cozinha Usado

Definição do Problema
Os pavimentos asfálticos sofrem frequentemente com patologias, como trincas térmicas em baixas temperaturas, trilhas de roda (rutting) em altas temperaturas e danos por umidade, impulsionadas pelo tráfego pesado, deficiências de construção e fatores ambientais. Embora os aditivos asfálticos possam melhorar o desempenho, modificadores únicos raramente aprimoram todas as propriedades simultaneamente. Além disso, a indústria de construção de estradas depende fortemente de recursos naturais e processos intensivos em energia, contribuindo significativamente para a poluição ambiental. Embora o Asfalto Reciclado (RAP), o Óleo de Cozinha Usado (WCO) e o Nano Fe2O3 tenham sido investigados individualmente, há uma carência de pesquisas sobre a aplicação composta desses materiais em misturas de RAP e a quantificação sistemática de seus impactos mecânicos e ambientais combinados.

Metodologia
Este estudo empregou uma abordagem de modificação por dupla adição para avaliar misturas asfálticas de RAP. Cinco misturas distintas foram preparadas e testadas:

1. Mistura de controle (asfalto virgem).
2. Mistura de RAP (20% de RAP).
3. Mistura de RAP modificada com Óleo de Cozinha Usado (WCO) em dosagens variadas (5%, 7%, 9%).
4. Mistura de RAP modificada com Nano Fe2O3 em dosagens variadas (2%, 3%, 4%).
5. Mistura de RAP com um composto de Nano Fe2O3 e WCO.

Avaliação Experimental:

• Preparação das Amostras: Utilizou-se o método de mistura a seco. Os agregados foram aquecidos a 175°C, misturados aos aditivos, seguidos pelo betume virgem (classe 60/70) a 160–170°C e, finalmente, pelo filler.
• Testes Mecânicos:
  • Ensaio Marshall: Determinou o teor de ligante ótimo, estabilidade, fluidez, densidade e vazios de ar.
  • Rastreamento de Roda (Hamburg): Avaliou a resistência à deformação permanente (rutting) a 60°C sob pressão de 0,7 MPa.
  • Imersão Marshall: Avaliou a resistência ao dano por umidade (Razão de Suscetibilidade à Umidade - MSR).
  • Resistência à Tração Indireta (ITS): Mediu a resistência ao trincamento em baixas temperaturas a -5°C.
• Avaliação de Ciclo de Vida (LCA):
  • Unidade Funcional: 1 km de comprimento × 1 m de largura da camada de revestimento (vida útil de projeto de 15 anos, 20.000 veículos/dia).
  • Limites do Sistema: Incluiu a produção de matéria-prima, fabricação da mistura betuminosa, transporte e construção da camada de revestimento. Excluiu as fases de projeto, uso e fim de vida.
  • Ferramentas e Dados: Software SimaPro 9.1.0 com o banco de dados Ecoinvent (V 3.6) e o método de avaliação de impacto CML2001.
  • Categorias de Impacto: Avaliou 10 categorias, incluindo Potencial de Aquecimento Global (GWP), Acidificação (AP), Eutrofização (EP), Depleção de Ozônio (OLD) e várias potencialidades de toxicidade.

Principais Resultados

• Desempenho Mecânico:
  • Resistência à Deformação Permanente (Rutting): O Nano Fe2O3 melhorou significativamente a resistência ao rutting. A mistura composta (M8) alcançou o maior nível de melhoria, reduzindo a profundidade do sulco em 38,60% em relação ao controle. O WCO isoladamente aumentou ligeiramente a profundidade do rutting.
  • Trincamento por Baixa Temperatura: O WCO demonstrou um efeito superior na resistência ao trincamento térmico em comparação ao Nano Fe2O3. A mistura composta (M8) registrou a maior Resistência à Tração Indireta (ITS), com uma melhoria de 30,21% sobre o controle.
  • Resistência à Umidade: O Nano Fe2O3 apresentou um maior efeito na resistência ao dano por umidade do que o WCO. A mistura composta (M8) alcançou a maior Razão de Suscetibilidade à Umidade (MSR), aumentando em 8,24% em relação ao controle.
  • Dosagens Ótimas: Com base nos resultados do ensaio Marshall, 4% de Nano Fe2O3 (M4) e 9% de WCO (M7) foram identificados como as dosagens ótimas para as misturas de modificador único.
• Desempenho Ambiental (LCA):
  • Modificadores Únicos: A mistura de RAP (M1) melhorou os impactos ambientais em todas as categorias em comparação ao controle. A mistura com Nano Fe2O3 (M4) apresentou o melhor perfil ambiental geral entre as misturas modificadas, embora tenha exibido impactos negativos menores nas categorias EP, GWP, TETP e OLD. A mistura com WCO (M7) também melhorou o perfil, mas apresentou impactos negativos em categorias semelhantes.
  • Modificador Composto: A mistura composta (M8) geralmente melhorou o perfil ambiental em comparação ao controle, mas apresentou os maiores impactos negativos em diversas categorias (TETP, AP, EP, OLD, GWP) em relação às outras misturas modificadas.
  • Contribuições do Processo: A produção de betume foi o principal fator para AP, EP, GWP, HTP, FWETP, MAETP e POFP. A fabricação da mistura asfáltica impulsionou os impactos de OLD, enquanto o transporte impulsionou ADP e TETP.
  • Ponderação: Utilizando um método de ponderação de painel canadense, todas as misturas modificadas apresentaram impactos ambientais totais inferiores à mistura de controle. A mistura modificada com Nano Fe2O3 (M4) teve o menor impacto ambiental total, seguida pela mistura composta (M8).

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo fornece a primeira investigação sistemática sobre a modificação composta de RAP asfáltico utilizando tanto WCO quanto Nano Fe2O3. A pesquisa demonstra que, embora os aditivos individuais possuam forças específicas (Nano Fe2O3 para rutting e umidade; WCO para trincamento térmico), uma abordagem composta produz o melhor desempenho mecânico global, aumentando significativamente a resistência ao rutting, a estabilidade à umidade e a resistência ao trincamento térmico simultaneamente.

Em relação à sustentabilidade ambiental, o estudo conclui que, embora a mistura composta ofereça propriedades mecânicas superiores, a modificação única com Nano Fe2O3 oferece o perfil ambiental geral mais favorável quando se considera as categorias de impacto ponderadas. O artigo afirma que os aditivos compostos são uma estratégia viável para melhorar a eficiência geral e a vida útil das misturas asfálticas sem comprometer a sustentabilidade ambiental, fornecendo dados para apoiar a tomada de decisão para políticas de construção de estradas no Egito e contextos similares. Os autores enfatizam que nenhum aditivo único pode melhorar todas as propriedades da mistura, justificando a necessidade de soluções compostas.