Correlações entre índices/indicadores químicos e reológicos de envelhecimento de ligantes asfálticos em altas temperaturas

Por que o envelhecimento das vias importa para todos

Qualquer pessoa que já dirigiu sobre pavimento sulcado ou rachado sabe o que acontece à medida que as estradas envelhecem. No núcleo de toda via asfáltica está um material pegajoso, parecido com piche, chamado ligante, que aglutina os agregados. Ao longo de anos de sol, calor e ar, esse ligante endurece e fica mais frágil, alterando o comportamento da estrada sob o tráfego. Este estudo investiga como as mudanças químicas no interior do ligante se manifestam como alterações em seu escoamento e rigidez, com o objetivo de facilitar a previsão de quando as vias vão sulcar ou rachar e como gerenciar materiais reciclados de forma mais segura.

Como o asfalto muda com o tempo e o tráfego

O ligante asfáltico é composto por muitas moléculas orgânicas diferentes que reagem com o oxigênio do ar. Durante a mistura e a pavimentação, o ligante é exposto a altas temperaturas e ao ar, causando um primeiro surto de envelhecimento que já torna o pavimento novo mais rígido antes mesmo de o tráfego passar sobre ele. Depois, ao longo de anos de serviço, um envelhecimento mais lento continua sob a ação combinada de calor, oxigênio, luz solar e umidade. Esse processo de longo prazo aumenta ainda mais a rigidez: as estradas podem resistir melhor a sulcos permanentes das rodas em temperaturas altas de verão, mas também tornam-se menos flexíveis e mais propensas à fadiga e ao aparecimento de trincas em clima frio. Com as mudanças climáticas trazendo mais ondas de calor e com o uso crescente de pavimento asfáltico reciclado (RAP), entender esse equilíbrio entre envelhecimento “bom” e “ruim” tornou-se cada vez mais importante.

Investigando a química e as sensações do ligante

Os pesquisadores estudaram três ligantes asfálticos comuns de diferentes classes de maciez e os submeteram a envelhecimento de curto e longo prazo cuidadosamente controlado em laboratório. Eles usaram um forno de filme fino em rolagem para simular o aquecimento e a exposição ao ar durante a mistura e, em seguida, de um a três ciclos em uma câmara de envelhecimento sob pressão para simular anos de serviço. Para acompanhar as mudanças químicas, utilizaram luz infravermelha para medir o crescimento de grupos ricos em oxigênio que se formam à medida que o ligante oxida. Esses sinais foram combinados em um único “índice de envelhecimento” que aumenta conforme a química do ligante se afasta de seu estado fresco. Em paralelo, mediram com que facilidade o ligante flui e se deforma em altas temperaturas usando instrumentos que torcem ou giram pequenas amostras, extraindo quantidades relacionadas à viscosidade, à rigidez sob cargas oscilatórias e a modelos viscoelásticos mais detalhados.

A primeira etapa causa a maior parte do dano

Em todos os três ligantes, todos os indicadores de envelhecimento mudaram na mesma direção: a oxidação química aumentou, a rigidez em altas temperaturas cresceu e a resistência do ligante ao escoamento aumentou. O salto foi especialmente acentuado após o primeiro ciclo de envelhecimento de longo prazo; ciclos posteriores ainda aumentaram o envelhecimento, mas em quantidades menores. Esse padrão foi observado no índice baseado em infravermelho, na chamada viscosidade em cisalhamento zero, que representa como o ligante fluiria sob carregamento muito lento, e em um parâmetro amplamente usado de resistência a sulcamento que reflete quanto um pavimento resistirá a deformações permanentes no trajeto das rodas. Parâmetros de um modelo viscoelástico avançado, que descrevem como o ligante transita de um comportamento elástico para viscoso, também aumentaram sistematicamente com o envelhecimento e se mostraram sensíveis ao processo de endurecimento.

Padrões simples vinculam química e desempenho

Ao comparar todas as medidas, a equipe encontrou relações claras e matematicamente simples entre indicadores químicos e mecânicos. Para uma dada classe de ligante, o índice de envelhecimento por infravermelho aumentou de forma linear com o logaritmo da viscosidade em cisalhamento zero e com um parâmetro chave do modelo que molda a curva de rigidez. O parâmetro de sulcamento mostrou uma forte conexão de lei de potência com o índice químico e um vínculo exponencial com a viscosidade em cisalhamento zero. A viscosidade rotacional em altas temperaturas — que é relativamente fácil e comum de medir na prática — se alinhou de forma próxima com o parâmetro de sulcamento em todos os ligantes testados e também esteve fortemente ligada à medida de viscosidade mais complexa. Essas tendências se mantiveram consistentemente dentro de cada classe de ligante, e algumas, como a ligação entre viscosidade simples e rigidez de sulcamento, permaneceram fortes mesmo ao combinar todas as classes provenientes da mesma matéria-prima bruta.

Transformando tendências em ferramentas práticas

Para um leitor leigo, a mensagem principal é que a mesma química de oxidação que endurece lentamente os ligantes de estrada deixa uma impressão clara em como esses ligantes escoam e se deformam sob carga. Ao mostrar que um tipo de medida (por exemplo, um teste rápido de viscosidade) acompanha de forma confiável outras (como espectros químicos detalhados ou modelos avançados de rigidez) dentro de uma família de ligantes, este trabalho prepara o caminho para verificações mais simples e baseadas em dados sobre o envelhecimento das vias. Engenheiros poderiam calibrar essas linhas de tendência com algumas medições e então usar testes mais acessíveis como substitutos para outros mais difíceis ou caros. Em última instância, isso pode ajudar órgãos de infraestrutura a projetar pavimentos, escolher teores de RAP e planejar a manutenção de modo a equilibrar resistência ao sulcamento com risco de fissuração, estendendo a vida útil do pavimento enquanto se faz melhor uso dos materiais.

Citação: Taheri, A., Khodaii, A. & Hajikarimi, P. Correlations among chemical and rheological aging indices/indicators of asphalt binder at high temperatures. Sci Rep 16, 9186 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40007-6

Palavras-chave: envelhecimento do asfalto, durabilidade de pavimentos, oxidação do ligante, reologia, asfalto reciclado