Este artigo é sobre o betume, material natural ou refinado usado como ligante. Para a mistura de betume com agregados usada em pavimentação, veja Asfalto.
Betume, também chamado de bitume ou pez mineral, é uma mistura escura e muito viscosa de hidrocarbonetos e outros compostos do petróleo. Pode ocorrer naturalmente ou ser obtido como a fração pesada que permanece durante o refino. Sua consistência muda com a composição, a temperatura e o tempo de observação, de modo que uma amostra pode escorrer como um líquido espesso ou parecer sólida durante períodos curtos, mesmo que flua muito lentamente em escalas de tempo maiores.
Na pavimentação, o betume reveste e une partículas de agregados, como areia, brita e cascalho, formando o concreto asfáltico usado em ruas, rodovias, pistas e outras superfícies. Cerca de 85% do consumo mundial vai para esse tipo de aplicação. Fora da pavimentação, o material entra sobretudo em produtos de impermeabilização betuminosa, como mantas asfálticas, selantes e revestimentos para coberturas.
Os nomes usados para o material mudam conforme o país e o setor. Em boa parte da Europa, bitumen designa o ligante derivado do petróleo, enquanto na América do Norte são comuns asphalt e asphalt binder. Fora da América do Norte, asphalt costuma indicar a mistura pronta para pavimentação. Alcatrão e betume podem ter aparência semelhante, mas não têm a mesma origem nem a mesma composição.
Depósitos naturais de betume já eram usados na pré-história como adesivo, impermeabilizante e material de construção. Nas refinarias, o material é produzido em classes e formulações adequadas a pavimentos, coberturas e outros usos técnicos.
Terminologia
Etimologia
A palavra portuguesa betume vem do latim bitūmen. Heródoto relata que, na construção da muralha da Babilônia, betume quente foi usado como argamassa entre tijolos cozidos, com esteiras de junco inseridas periodicamente na alvenaria. O material era levado da cidade de Is, situada junto a um pequeno afluente do Eufrates, de cujas águas subiam torrões de betume.Heródoto. Histórias, 1.179.2 e 1.179.4. Tradução inglesa de A. D. Godley. Cambridge, Massachusetts: Harvard University Press, 1920. Perseus Digital Library.
Terminologia moderna
Betume também possui outros sentidos em português, mas, no âmbito do petróleo e da pavimentação, designa um material hidrocarbonetado escuro e viscoso.
Em português, asfalto tem mais de um sentido. A palavra pode designar um material betuminoso natural, uma mistura desse material com agregados usada na pavimentação, betume preparado a partir de resíduos da destilação do petróleo ou a própria superfície revestida com a mistura. Asfalto remonta ao grego antigo ἄσφαλτος (ásphaltos), "asfalto, betume", por intermédio do latim. Uma etimologia tradicional interpreta ἄσφαλτος como uma formação negativa ligada ao verbo σφάλλεσθαι, análise já encontrada em Fílon. Robert Beekes considerou fraca a justificativa semântica dessa derivação e preferiu tratar ἄσφαλτος como palavra de substrato pré-grego.
No Brasil, o manual técnico da Petrobras emprega asfalto para o ligante e observa que, no uso popular, a mesma palavra também pode nomear o conjunto de materiais aplicado na pavimentação, formado pelo ligante e pelos agregados. O cimento asfáltico de petróleo (CAP), também chamado de ligante asfáltico, é um derivado de petróleo de alta viscosidade, semissólido a 25 °C, obtido por refino e com propriedades próprias para uso direto na construção de pavimentos. O concreto asfáltico é uma mistura asfáltica densa, produzida, espalhada e compactada a quente, constituída de CAP, agregados pétreos e fíler, com material de enchimento ou melhorador de adesividade quando necessários.
miniatura|direita|upright=0.95|alt=Amostras cilíndricas escuras de concreto asfáltico em um laboratório.|Corpos de prova de concreto asfáltico, mistura a quente constituída de CAP, agregados pétreos e fíler, com outros componentes quando necessários.
Em Portugal, a terminologia rodoviária emprega betume e ligante betuminoso para o material ligante, enquanto mistura betuminosa é usada para materiais produzidos com esse ligante e agregados. O Laboratório Nacional de Engenharia Civil trata separadamente agregados, ligantes betuminosos e misturas betuminosas, e a documentação rodoviária portuguesa usa denominações como betão betuminoso, macadame betuminoso e mistura betuminosa densa.
miniatura|esquerda|upright=1.2|alt=Poça escura de asfalto natural aflorando no terreno em La Brea, Los Angeles.|Asfalto natural aflorando nos La Brea Tar Pits, em Los Angeles. Apesar do nome histórico inglês, a substância que sobe à superfície é material petrolífero, e não alcatrão.
O betume natural é petróleo extremamente viscoso encontrado em rochas-reservatório clásticas ou carbonáticas, muitas vezes em depósitos próximos da superfície. Rochas e sedimentos impregnados por esse material são frequentemente chamados de areias betuminosas ou areias petrolíferas. Asfalto natural também é empregado na literatura geológica para uma variedade de betume natural, particularmente em depósitos nos quais o material impregna sedimentos ou rochas.
Betume e asfalto não devem ser confundidos com alcatrão, em especial o alcatrão de hulha. O alcatrão de hulha é obtido pela destilação destrutiva em alta temperatura do carvão betuminoso. Embora possa apresentar aparência e propriedades adesivas semelhantes às do asfalto de petróleo, sua composição química é substancialmente diferente.
Distinções de uso A terminologia varia entre países e setores. Neste artigo, os termos abaixo distinguem o ligante de materiais e produtos que o contêm.
Termo Uso neste artigo Betume Mistura de hidrocarbonetos e outros compostos, natural ou obtida do refino do petróleo, usada como ligante ou matéria-prima. Concreto asfáltico Mistura de agregados minerais e uma proporção relativamente pequena de ligante betuminoso, usada sobretudo em pavimentos. Emulsão asfáltica Dispersão de gotículas de betume em água, estabilizada por emulsificante. Mástique asfáltico Mistura asfáltica com teor elevado de ligante e poucos vazios, usada em pavimentação e impermeabilização. Alcatrão de hulha Material distinto, obtido pela pirólise do carvão mineral.
Composição e propriedades
Características gerais miniatura|direita|upright=1.05|alt=Amostra negra e brilhante de betume refinado em um recipiente.|O betume refinado é uma mistura de muitos compostos, e sua consistência muda fortemente com a temperatura. O betume não é uma substância química pura, mas uma mistura de muitos hidrocarbonetos e outros compostos. Em temperatura ambiente, pode ser muito viscoso ou parecer sólido. Sua consistência muda gradualmente com a temperatura, sem um único ponto de fusão bem definido. É praticamente insolúvel em água e adere a muitos materiais minerais, características aproveitadas na pavimentação e na impermeabilização.
A combinação de viscosidade, adesividade e resposta à temperatura explica por que o material pode ser rígido em uma situação e fluir em outra. Para ser bombeado, misturado ou aplicado, costuma ser aquecido, emulsificado ou, em certas formulações, diluído com solventes.
Composição
Como o betume reúne muitas moléculas sem uma fórmula única, sua composição costuma ser estudada por separação em quatro frações chamadas, em conjunto, de SARA: saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos.
miniatura|esquerda|upright=1.1|alt=Quatro frascos contendo frações separadas de uma amostra de betume.|Uma amostra de betume separada em quatro frações analíticas. Procedimentos desse tipo permitem comparar misturas que não possuem uma fórmula molecular única.
Saturados são a fração menos polar e reúnem sobretudo hidrocarbonetos alifáticos e cicloalifáticos. Aromáticos reúnem compostos com estruturas aromáticas e fazem parte da fração oleosa do material. Resinas são mais polares que saturados e aromáticos. Saturados, aromáticos e resinas formam, em conjunto, a fração chamada de maltenos. Asfal tenos formam a fração mais pesada definida operacionalmente por sua solubilidade. O nome abrange muitas moléculas e associações moleculares, não uma substância química única.
Em termos de composição elementar, o betume contém em sua maior parte carbono e hidrogênio, além de enxofre e pequenas quantidades de nitrogênio, oxigênio e metais. As proporções mudam conforme a origem do petróleo e o processamento. Betumes naturais podem conter compostos organossulfurados, além de níquel e vanádio, em concentrações que variam entre depósitos e produtos.
O material é praticamente insolúvel em água e pode ser separado por solventes empregados em métodos analíticos. Asfaltenos e maltenos formam associações cuja organização depende da composição e das condições do material. Modelos coloidais tratam os asfaltenos como agregados dispersos nos maltenos, mas esse modelo não se aplica da mesma forma a todos os betumes. Há resultados compatíveis com agregação coloidal e com graus distintos de dissolução ou associação dos asfaltenos na fase de maltenos.
Comportamento reológico miniatura|direita|upright=0.85|alt=Aparelho do experimento da gota de piche, com um funil contendo material negro muito viscoso.|O experimento da gota de piche torna visível o escoamento extremamente lento de um material que parece sólido em escalas curtas de tempo. O comportamento do betume depende fortemente da temperatura e da duração da carga aplicada. Em temperaturas mais altas ou sob carregamentos lentos, o material se comporta de maneira mais fluida. Em temperaturas baixas ou sob carregamentos rápidos, torna-se mais rígido. Essa resposta viscoelástica é uma das propriedades consideradas na seleção de ligantes para pavimentos, pois um material excessivamente macio em condições quentes favorece deformações permanentes, enquanto um material excessivamente rígido em condições frias fica mais suscetível à fissuração.
O betume não apresenta um único ponto de fusão bem definido. À medida que a temperatura aumenta, sua consistência muda gradualmente. Também é praticamente insolúvel em água e apresenta afinidade por muitos materiais minerais, propriedades aproveitadas na pavimentação e na impermeabilização. A exposição ao oxigênio, ao calor e às condições ambientais altera o ligante com o tempo. A oxidação e a perda de componentes mais voláteis tendem a aumentar sua rigidez e reduzir sua capacidade de deformação.
Adesão e interação com a água Embora seja praticamente insolúvel em água, o desempenho do betume em contato com agregados depende da adesão entre o ligante e a superfície mineral. A presença de água nessa interface pode favorecer o deslocamento do ligante e a perda de aderência. Por isso, a compatibilidade entre agregado e ligante é avaliada em ensaios próprios, e podem ser empregados melhoradores de adesividade quando a ligação é insuficiente. Em emulsões asfálticas, a carga do emulsificante e a natureza do agregado também afetam essa interação.
Envelhecimento e durabilidade miniatura|esquerda|upright=1.1|alt=Superfície de pavimento asfáltico coberta por uma rede de fissuras.|O aumento de rigidez do ligante durante o envelhecimento pode tornar misturas asfálticas mais suscetíveis à fissuração. A exposição ao oxigênio, ao calor e às condições ambientais altera o ligante com o tempo. A oxidação e a perda de componentes mais voláteis tendem a aumentar sua rigidez e reduzir sua capacidade de deformação.
O envelhecimento pode ocorrer durante a mistura e a aplicação, quando o ligante é aquecido e exposto ao ar, e prosseguir mais lentamente durante o serviço. A mudança de composição e de resposta mecânica ajuda a explicar por que materiais recuperados de pavimentos costumam precisar de ligante novo ou agentes rejuvenescedores antes de serem incorporados a uma nova mistura.
Autorregeneração e rejuvenescimento