Avaliação de misturas asfálticas densas com uso de escória de bateria de chumbo-ácido

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é avaliar misturas asfálticas densas do tipo Béton Bitumineux Semi-Grenus (BBSG), com a incorporação de escória de bateria de chumbo-ácido, a fim de verificar a viabilidade técnica deste rejeito industrial no âmbito da demanda ambiental progressiva e global pela utilização de materiais sustentáveis aplicados nos serviços de pavimentação. Para tanto, a curva granulométrica foi concebida com base na metodologia teórica, utilizando as equações de Füller-Talbot. O diâmetro máximo da série de peneiras foi estabelecido em 12,7 mm. A escória bruta foi obtida a partir de passivo estocado e oriundo da reciclagem de bateria veicular. A caracterização, após classificação por peneiramento, foi realizada a partir de análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de Raios-X (DRX), espectrometria por fluorescência de Raios-X (FRX), textura superficial por adsorção de Nitrogênio (BET), espectroscopia infravermelha por transformada de Fourier (FTIR) e, termogravimetria e calorimetria diferencial (TGA/DSC). A incorporação da escória de bateria de chumbo-ácido nas misturas asfálticas compreendeu a substituição de frações passantes no intervalo de peneiras 0,30 mm a 0,075 mm, relacionadas à curva granulométrica de projeto, tendo sido testadas duas variações percentuais (7,0 % e 15,0 %), as quais foram comparadas às formulações de referência, previamente estudadas e compostas integralmente por granulares britados de maciço rochoso gnáissico. O ligante betuminoso foi classificado na faixa de penetração 30/45, em sua forma pura. As avaliações das formulações consideraram o escopo da metodologia francesa, em razão de dispor de estreita e comprovada relação campo/laboratório, conferindo credibilidade aos resultados obtidos. Os aspectos funcionais e mecânicos avaliados abrangeram a habilidade de compactação na prensa de compactação por cisalhamento giratório (PCG), resistência à ação deletéria da água no ensaio de Duriez a 18 ºC e à deformação permanente a 60 ºC. Ainda, análises de lixiviação também foram realizadas, com o intuito de investigar a capacidade da escória de chumbo-ácido em causar impacto e dano ao meio ambiente. Os resultados obtidos indicam, com base no contexto da campanha experimental realizada, que a incorporação da escória de chumbo-ácido estudada demonstrou ter pouca viabilidade técnica quando comparada às formulações de referência, em razão do maior grau de insalubridade e menor trabalhabilidade nos procedimentos de manipulação e usinagem, respectivamente, bem como menor habilidade de compactação, ocorrência de carbonatação, forte risco de contaminação do meio ambiente por lixiviação de metais pesados, e maior dispêndio econômico de produção devido ao consumo de ligante betuminoso mais elevado demandado nas dosagens. Em contrapartida, aspectos como a boa resistência à ação deletéria da água e, resultados de resistência à deformação permanente compatíveis com as classes normativas das formulações do tipo BBSG, apontam para a possibilidade de se utilizar a escória de chumbo-ácido nas misturas asfálticas, desde que se desenvolvam técnicas capazes de encapsular adequadamente o material, em consonância à utilização de ligantes betuminosos mais consistentes e modificados.

Abstract: The main goal of this research is to evaluate dense asphalt mixes so-called Béton Bitumineux Semi-Grenus (BBSG) by adding lead-acid battery slag, aiming to verify the technical feasibility of this industrial waste, with regards to progressive and global environmental demands for using sustainable materials in paving works. The aggregate gradation was designed based on theoretical method, considering Füller-Talbot equations. The maximum diameter of the sieve series was set at 12.7 mm. The raw slag was collected from stored waste amounts and generated after recycling of vehicular batteries. The characterization of the slag, after sieving classification, was carried out by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence spectrometry (XRF), surface texture by Nitrogen adsorption (BET), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and thermogravimetry and differential scanning calorimetry (TGA/DSC). Incoporation of the lead-acid battery slag into asphalt mixes comprised substitution of fractions passing through the sieve range from 0.30 mm to 0.075 mm, related to designed aggregate gradation, being tested two percent variations (7.0 % and 15,0 %), which were compared to the reference formulations, previously studied and developed entirely with gneissic crushed rock particles. Neat asphalt binder was classified as 30/45 by penetration tests. French methodology scope was considered for the experimental campaign, due to present narrow and proven field/laboratory ratio, providing reliability to the results obtained. Functional and mechanical performances were determined by tests such as compaction ability at gyratory shear press, resistance to action of water in Duriez test at 18 ºC and to rutting at 60 ºC. Furthermore, leaching analyses were also carried out, in order to verify the lead-acid slag capacity of causing environmental damage and impact. The results obtained indicate, taking into account the context explored along the experimental campaign, that the incorporation of the lead-acid slag studied demonstrated lower technical feasibility when compared to the reference formulations, due to the higher degree of unhealthiness and lower workability during manipulation and production procedures, respectively, as well as lower compaction ability, carbonation occurrence, strong risk of environmental contamination by leaching of heavy metals, and higher economical production expenditure due to the consumption of bituminous binder required. However, aspects such as good resistance to action of water and compatible rutting results to the standardized BBSG classes, point to the possibility of using lead-acid slag in the asphalt mix formulations, since suitable and effective encapsulating techniques be developed, in line with the use of stiffen and modified asphalt binders.