Utilização de resíduos siderúrgicos como elemento potenciador de soluções de reparação de pavimentos

Abstract

A premência de mitigar o consumo de energia e de recursos naturais levou a indústria de pavimentação a mudar o seu paradigma de produção atual, para promover o desenvolvimento de novos materiais e soluções de reparação que aumentem a durabilidade e a qualidade das infraestruturas rodoviárias, de uma forma economicamente sustentável. A presente dissertação tem como objetivo estudar a influência de aplicar resíduos industriais (escória siderúrgica) e de fibras metálicas como elementos potenciadores de soluções de autorregeneração de pavimentos rodoviários. Através do aquecimento das misturas betuminosas com um equipamento de indução (micro-ondas) e com a realização de ensaios de caraterização mecânica avaliou-se a capacidade de autorregeneração das misturas. Neste trabalho foram produzidas três misturas de betão betuminoso (AC14), uma de controlo, outra com fibras metálicas e, por último, uma composta por agregados de escória siderúrgica (ASIC) e fibras metálicas. No início, a eficácia da indução por micro-ondas para aquecimento das misturas betuminosas foi o foco do estudo. Posteriormente, avaliou-se a capacidade de recuperação de resistência das misturas através de múltiplos ciclos compostos por ensaios de caraterização mecânica (fadiga e fratura) e ensaios de indução por micro-ondas. Os resultados de indução nos provetes cilíndricos foram muito encorajadores, visto que se notou que o ASIC e as fibras promoveram temperaturas de regeneração mais altas do que nas misturas convencionais para o mesmo tempo de indução. Relativamente aos ensaios de caraterização mecânica, o dano induzido pelo ensaio de fratura foi recuperado de forma bem mais significativa na mistura betuminosa com ASIC. Nos restantes ensaios mecânicos, na determinação da resistência à fadiga e do módulo de rigidez, verificou-se que o ganho de vida à fadiga derivado da recuperação do módulo de rigidez após regeneração por indução ocorreu em todas misturas. No entanto, a mistura que incorporava apenas fibras metálicas apresentou os piores resultados.

The urgency to mitigate energy and natural resources consumption has led the paving industry to change its current production paradigm by promoting the development of new materials and repair solutions that increase the durability and quality of road infrastructures in an economically sustainable way. Thus, the present dissertation aims to study the influence of applying industrial by-products (steel slag and metallic fibers) as enhancing elements for road pavement repair solutions. The repair process, resulting from heating the asphalt mixtures, was simulated with an induction piece of equipment (microwave), with subsequent evaluation of the self-healing ability through mechanical characterization tests. Three asphalt concrete (AC14) mixtures were produced in this work, a conventional or control one, another with metallic fibers and, finally, one composed of steel slag aggregates (ASIC) and metallic fibers. In the beginning, the study’s focus was the effectiveness of microwave induction for heating asphalt mixtures. Subsequently, the capacity to recover the mixtures’ strength was evaluated through multiple cycles composed of mechanical characterization tests (fatigue and fracture) and microwave induction tests. The induction results in the cylindrical test specimens were very encouraging since it was noticed that ASIC and fibers promoted higher healing temperatures than in conventional mixtures for the same induction time. The fracture test’s damage was significantly recovered in the asphalt mixture with ASIC regarding the mechanical characterization tests. In the bending beam tests, carried out to determine the fatigue resistance and the stiffness modulus, it was found that the fatigue life gain derived from the recovery of the stiffness modulus after induction healing occurred in all mixtures. However, the mixture that incorporated only metallic fibers presented the worst results.