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Analisi reologiche su bitume schiumato e caratterizzazione prestazionale di conglomerati bituminosi schiumati

Analisi delle proprietà fisiche e reologiche del bitume schiumato al fine di utilizzarlo in conglomerati bituminosi con aggregati vergine oppure con una percentuale più o meno alta di materiale di riciclo. La realizzazione di miscele con tale legante è una tecnica non ancora molto conosciuta, e si vuole in questa sede cercare di giungere ad una conoscenza maggiore sia del bitume schiumato sia delle miscele realizzate con esso. Il progetto si è articolato in due fasi. Nella prima fase si sono studiati tre bitumi 70/100 provenienti da tre diverse raffinerie, due dei quali sono stati studiati prima e dopo l’aggiunta di un apposito additivo schiumante.

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Tesi di Laurea, Politecnico di Milano, Anno Accademico 2012-2013

Pubblicato
da Alessia De Giosa
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Estratto del testo
POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale Laurea Specialistica in Ingegneria Civile Orientamento Infrastrutture di Trasporto

Analisi reologiche su bitume schiumato e caratterizzazione prestazionale
di conglomerati bituminosi schiumati ad elevato contenuto di fresato
(RAP)

Relatore: Prof. Ing. Filippo GIUSTOZZI
Correlatore: Ing. Gilberto MARTINEZ
Tesi di Laurea di: Riccardo SONVICO 784652


Anno Accademico 2012-2013 2 INDICE ABSTRACT''''.. ................................................................................................................................. 10 INTRODUZIONE ..................................................................................................................................... 12 CAPITOLO 1 GENERALITA'' SUL BITUME SCHIUMATO ....................................................................... 14 1.1 Analisi bibliografica sul bitume schiumato ............................................................................ 21 CAPITOLO 2 PROGRAMMA SPERIMENTALE ...................................................................................... 30 2.1 Materiali ................................................................................................................................ 32 2.1.1 Bitumi ............................................................................................................................ 32 2.1.2 Additivo ......................................................................................................................... 32 2.2 Caratterizzazione del Bitume schiumato ............................................................................... 32 2.2.1 Conservazione della schiuma ........................................................................................ 34 2.2.2 Evaporazione ................................................................................................................. 34 2.2.3 Raffreddamento ............................................................................................................ 35 2.2.4 Penetrazione ................................................................................................................. 35 2.2.5 Palla Anello .................................................................................................................... 36 2.2.6 IP '' Indice di Penetrazione ............................................................................................ 37 2.2.7 Viscosità ......................................................................................................................... 38 2.3 Prove Reologiche: Dynamic Shear Rheometer ...................................................................... 40 CAPITOLO 3 ANALISI DEI RISULTATI .................................................................................................. 43 3.1 Risultati sulla caratterizzazione del bitume schiumato ......................................................... 43 3.1.1 Bitume A: Livorno .......................................................................................................... 44 3.1.2 Bitume B: Ravenna ........................................................................................................ 47 3.1.3 Bitume B.1: Ravenna con Additivo ................................................................................ 50 3.1.4 Bitume C: Mantova ........................................................................................................ 54 3.1.5 Bitume C.1: Mantova con additivo ................................................................................ 57 3.2 Evaporazione ......................................................................................................................... 63 3.3 Raffreddamento post spruzzatura ........................................................................................ 63 3.4 Effetto della schiumatura nei bitumi ..................................................................................... 64 3.4.1 Penetrazione ................................................................................................................. 64 3.4.2 Punto di Rammollimento .............................................................................................. 76 3.4.3 IP '' Indice di Penetrazione ............................................................................................ 80 3 3.4.4 Viscosità ......................................................................................................................... 82 3.5 Prove Reologiche: Dynamic shear rheometer ....................................................................... 90 3.6 Ranking dei bitumi schiumati in funzione della schiumabilità .............................................. 99 3.7 Conclusioni .......................................................................................................................... 100 CAPITOLO 4 ANALISI BIBLIOGRAFICA SUI CONGLOMERATI BITUMINOSI SCHIUMATI .................... 101 4.1 Influenza del metodo di compattazione ............................................................................. 101 4.2 Contenuto ottimo di bitume schiumato.............................................................................. 101 4.3 Influenza del quantitativo di bitume schiumato sulle prestazioni attese ........................... 103 4.4 Contenuto di fine e Granulometria ..................................................................................... 103 4.5 Umidità ................................................................................................................................ 107 4.6 Maturazione ........................................................................................................................ 107 4.7 Temperatura di miscelazione .............................................................................................. 107 4.8 Temperatura di schiumatura del bitume ............................................................................ 108 CAPITOLO 5 INDAGINE SPERIMENTALE SUI CONGLOMERATI BITUMINOSI SCHIUMATI ................ 109 5.1 Materiali .............................................................................................................................. 110 5.1.1 Bitume ......................................................................................................................... 110 5.1.2 Aggregato Vergine ....................................................................................................... 111 5.1.3 Aggregato fresato (RAP) .............................................................................................. 116 5.1.4 Cemento ...................................................................................................................... 120 5.2 Miscelazione ........................................................................................................................ 120 5.3 Determinazione massima massa volumica ......................................................................... 126 5.4 Compattazione con pressa a taglio giratoria ....................................................................... 127 5.4.1 Lavorabilità e autoaddensamento .............................................................................. 129 5.5 Determinazione della massa volumica apparente .............................................................. 130 5.6 Determinazione dell''indice dei vuoti .................................................................................. 132 5.7 Determinazione del modulo di rigidezza ............................................................................. 133 5.8 Prova di trazione indiretta (Brasiliana) ................................................................................ 135 CAPITOLO 6 ANALISI DEI RISULTATI SU CONGLOMERATI BITUMINOSI SCHIUMATI ....................... 137 6.1 Massa Volumica Apparente ................................................................................................ 137 6.2 Modulo di rigidezza ............................................................................................................. 138 6.3 Resistenza a trazione indiretta (ITS) .................................................................................... 142 6.4 Conclusioni .......................................................................................................................... 148 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI ....................................................................................................... 149 4 APPENDICE '' TABELLE E GRAFICI ....................................................................................................... 151 BIBLIOGRAFIA'''.. ............................................................................................................................ 182 INDICE DELLE FIGURE Figura 1.1- Schema della produzione di schiuma (Wirtgen, 2012) ....................................................... 14 Figura 1.2 - Schema di espansione e semivita (Wirtgen, 2012) ............................................................ 15 Figura 1.3 - Riciclatrice Wirtgen in cantiere a Malpensa ....................................................................... 16 Figura 1.4 - Riciclatrice Wirtgen e autobotte a Malpensa ..................................................................... 17 Figura 1.5 - Differenze tra HWA-WMA-CMA (http://international.fhwa.dot.gov/pubs/pl08007/ images/figure_4.jpg) ............................................................................................................................. 17 Figura 1.6 - Secchio e barra misuratrice (Wirtgen,2012) ...................................................................... 18 Figura 1.7 - Schiumatrice da laboratorio Wirtgen (Wirtgen 2012) ....................................................... 19 Figura 1.8 - Dettaglio pannello di controllo macchina Wirtgen ............................................................ 19 Figura 1.9 - Miscelatore Wirtgen ........................................................................................................... 20 Figura 1.10 - Dettaglio miscelatore (sinistra) Pannello di controllo, (destra) interno del miscelatore . 20 Figura 1.11 - FI (Jenkins, Characterisation of foamed bitumen, 1999) ................................................. 22 Figura 1.12 - Viscosità in relazione al contenuto d'acqua (Yu,2013) .................................................... 23 Figura 1.13 - Influenza dell'acqua sulla resistenza a fatica in un bitume non modificato (Yu,2013) .... 23 Figura 1.14 - Influenza dell'acqua sulla resistenza a fatica in un bitume modificato (Yu,2013) ........... 24 Figura 1.15 - Classifica dei bitumi studiati (Saleh, 2007) ....................................................................... 25 Figura 1.16 - IP (Saleh, 2007) ................................................................................................................. 25 Figura 1.17 - PVN (Saleh, 2007) ............................................................................................................. 26 Figura 1.18 - VTS (Saleh, 2007) .............................................................................................................. 26 Figura 1.19 - Bitume con e senza additivo (Jenkins,2000) .................................................................... 28 Figura 1.20 - Espansione e Semivita in funzione del contenuto d'acqua (Jenkins, 2000) ..................... 29 Figura 2.1 - Piano sperimentale............................................................................................................. 31 Figura 2.2 - Bitume schiumato nel secchio ............................................................................................ 33 Figura 2.3 - Immagini ravvicinati bitume schiumato ............................................................................. 33 Figura 2.4 '' Campionamento del bitume schiumato ............................................................................ 34 Figura 2.5 - Climatizzazione dei campioni ............................................................................................. 35 Figura 2.6 - Dettaglio temperatura di prova ......................................................................................... 36 Figura 2.7 - Palla Anello ......................................................................................................................... 36 Figura 2.8 - Dettaglio Anelli durante (sinistra) e a fine prova (destra) .................................................. 37 Figura 2.9 - Viscosimetro Brookfield ..................................................................................................... 39 Figura 2.10 - Dettaglio spindle inserito (sinistra) e pannello di controllo (destra) ............................... 39 Figura 2.11 - DSR ................................................................................................................................... 40 Figura 3.1 - Espansione Livorno ............................................................................................................. 44 Figura 3.2 - Semivita Livorno ................................................................................................................. 45 Figura 3.3 - Livorno (Espansione/Semivita) ........................................................................................... 45 Figura 3.4 - Livorno (Espansione/Temperatura) ................................................................................... 46 Figura 3.5 - Ravenna (Espansione/Contenuto d'acqua) ........................................................................ 47 5 Figura 3.6 - Ravenna (Semivita/Contenuto d'acqua) ............................................................................ 48 Figura 3.7 - Ravenna (Espansione/Semivita) ......................................................................................... 48 Figura 3.8 - Ravenna (Espansione/Temperatura) .................................................................................. 49 Figura 3.9 - Ravenna + Add (Espansione/Contenuto d'Acqua) ............................................................. 51 Figura 3.10 - Ravenna + Add (Semivita/Contenuto d'Acqua) ................................................................ 51 Figura 3.11 - Ravenna + Add (Espansione/Semivita) ............................................................................. 52 Figura 3.12 - Ravenna + Add (Espansione/Temperatura) ..................................................................... 53 Figura 3.13 - Mantova (Espansione/Contenuto d'acqua) ..................................................................... 55 Figura 3.14 - Mantova (semivita/contenuto d'acqua) .......................................................................... 55 Figura 3.15 - Mantova (espansione/semivita)....................................................................................... 56 Figura 3.16 - Mantova (espansione/temperatura)................................................................................ 57 Figura 3.17 - Mantova + Add (espansione/contenuto d'acqua) ........................................................... 58 Figura 3.18 - Mantova + Add (semivita/contenuto d'acqua) ................................................................ 58 Figura 3.19 - Mantova + Add (espansione/semivita) ............................................................................ 59 Figura 3.20 - Mantova + Add (espansione/temperatura) ..................................................................... 60 Figura 3.21 - Espansione/Semivita (Kim and Lee, 2006) ....................................................................... 60 Figura 3.22 - Confronto bitumi a 160°C ................................................................................................. 62 Figura 3.23 - Mantova - Temperatura di Raffreddamento ................................................................... 63 Figura 3.24 - Mantova + Additivo - Temperatura di Raffreddamento ................................................. 63 Figura 3.25 - Livorno Vergine e 150°C '' Penetrazione .......................................................................... 65 Figura 3.26 - Livorno 160°C - Penetrazione ........................................................................................... 65 Figura 3.27 - Livorno 170°C '' Penetrazione .......................................................................................... 66 Figura 3.28 - Livorno 180°C - Penetrazione .......................................................................................... 66 Figura 3.29 - Ravenna - Penetrazione Vergine e 150°C ......................................................................... 67 Figura 3.30 - Ravenna - Penetrazione 160°C ......................................................................................... 68 Figura 3.31 - Ravenna - Penetrazione 170°C ......................................................................................... 68 Figura 3.32 - Ravenna - Penetrazione 180°C ......................................................................................... 69 Figura 3.33 - Ravenna + Add - Penetrazione Vergine e 150°C .............................................................. 70 Figura 3.34 - Ravenna + Add - Penetrazione 160°C ............................................................................... 70 Figura 3.35 - Ravenna + Add - Penetrazione 170°C ............................................................................... 71 Figura 3.36 - Ravenna + Add - Penetrazione 180°C ............................................................................... 71 Figura 3.37 - Mantova - Penetrazione Vergine e 150°C ........................................................................ 72 Figura 3.38 - Mantova - Penetrazione 160°C ........................................................................................ 72 Figura 3.39 - Mantova - Penetrazione 170°C ........................................................................................ 73 Figura 3.40 - Mantova - Penetrazione 180°C ........................................................................................ 73 Figura 3.41 - Mantova + Add - Penetrazione Vergine e 150°C ............................................................. 74 Figura 3.42 - Mantova + Add - Penetrazione 160°C .............................................................................. 74 Figura 3.43 - Mantova + Add - Penetrazione 170°C .............................................................................. 75 Figura 3.44 - Mantova + Add - Penetrazione 180°C .............................................................................. 75 Figura 3.45 - Palla Anello - Livorno ........................................................................................................ 77 Figura 3.46 - Palla Anello - Ravenna ...................................................................................................... 78 Figura 3.47 - Palla Anello - Mantova ..................................................................................................... 79 Figura 3.48 - IP - Livorno ........................................................................................................................ 80 6 Figura 3.49 - IP - Ravenna ...................................................................................................................... 80 Figura 3.50 - IP - Ravenna + Add............................................................................................................ 81 Figura 3.51 - IP - Mantova ..................................................................................................................... 81 Figura 3.52 - IP - Mantova + Add ........................................................................................................... 82 Figura 3.53 - Bitumi Vergini - Viscosità .................................................................................................. 83 Figura 3.54 - Bitumi 160°C 2% - Viscosità .............................................................................................. 84 Figura 3.55 - Bitumi 160°C 3% - Viscosità .............................................................................................. 84 Figura 3.56 - Bitumi 160°C 4% - Viscosità .............................................................................................. 85 Figura 3.57 - Livorno - Viscosità ............................................................................................................ 86 Figura 3.58 - Ravenna - Viscosità ........................................................................................................... 86 Figura 3.59 - Ravenna + Add - Viscosità ................................................................................................ 87 Figura 3.60 - Mantova '' Viscosità ......................................................................................................... 88 Figura 3.61 - Mantova + Add - Viscosità ................................................................................................ 88 Figura 3.62 - Livorno - Modulo complesso ............................................................................................ 91 Figura 3.63 - Livorno - Angolo di fase .................................................................................................... 91 Figura 3.64 - Ravenna - Modulo complesso .......................................................................................... 92 Figura 3.65 - Ravenna - Angolo di fase .................................................................................................. 92 Figura 3.66 - Ravenna + Add - Modulo complesso ................................................................................ 93 Figura 3.67 - Ravenna + Add - Angolo di fase ........................................................................................ 93 Figura 3.68 - Mantova - Modulo complesso ......................................................................................... 94 Figura 3.69 - Mantova - Angolo di fase ................................................................................................. 95 Figura 3.70 - Mantova + Add - Modulo complesso ............................................................................... 95 Figura 3.71 - Mantova + Add - Angolo di fase ....................................................................................... 96 Figura 3.72 - Ranking dei bitumi schiumati ........................................................................................... 99 Figura 4.1 - Valori ottimi di bitume (Bowering and Martin, 1976) ...................................................... 102 Figura 4.2 - Fuso granulometrico (Nataatmadja, 2001) ...................................................................... 104 Figura 4.3 - Fuso granulometrico (Muthen, 2009) .............................................................................. 104 Figura 4.4 - ITS - Diverse tipologie di Filler con (a) e senza (b) un 3% di bitume schiumato (Halles, 2009).................................................................................................................................................... 105 Figura 4.5 - ITS - Aggregato fine (Kim and Lee, 2006) ......................................................................... 106 Figura 4.6 - ITS - Aggregato grosso (Kim and Lee, 2006) ..................................................................... 106 Figura 5.1 - Piano sperimentale per conglomerati schiumati ............................................................. 110 Figura 5.2 - Aggregato 0-3 ................................................................................................................... 112 Figura 5.3 - Aggregato 0-15 ................................................................................................................. 113 Figura 5.4 - Aggregato 3-6 ................................................................................................................... 114 Figura 5.5 - Aggregato 15-30 ............................................................................................................... 115 Figura 5.6 - Estrazione ......................................................................................................................... 116 Figura 5.7 - Curva granulometrica fresato pre-estrazione .................................................................. 117 Figura 5.8 - Curva granulometrica fresato post-estrazione ................................................................ 118 Figura 5.9 - Confronto curve granulometriche pre e post estrazione ................................................. 119 Figura 5.10 - Confronto aggregato pre e post estrazione ................................................................... 119 Figura 5.11 - Fuso granulometrico ...................................................................................................... 121 Figura 5.12 - Miscela 1 e fuso di accettazione .................................................................................... 123 7 Figura 5.13 - Miscela 1......................................................................................................................... 123 Figura 5.14 - Miscele da 2 a 5 con fuso di accettazione ...................................................................... 124 Figura 5.15 - Miscele da 2 a 5 .............................................................................................................. 125 Figura 5.16 - Conglomerato schiumato miscelato .............................................................................. 125 Figura 5.17 - Picnometro ..................................................................................................................... 126 Figura 5.18 - Pressa a taglio giratorio .................................................................................................. 127 Figura 5.19 - Schema operativo pressa giratoria ................................................................................. 128 Figura 5.20 - Campioni in conglomerato bituminoso schiumato ........................................................ 129 Figura 5.21 - Campioni immersi in acqua per saturare ....................................................................... 131 Figura 5.22 - Campione posizionato all''interno della macchina dinamica per il calcolo del modulo . 134 Figura 5.23 - Schema operativo prova brasiliana ................................................................................ 135 Figura 5.24 - Apparecchio ITS per prova brasiliana ............................................................................. 136 Figura 6.1 - Massa volumica apparente .............................................................................................. 137 Figura 6.2 - Modulo di Rigidezza - AV_160°_2% ................................................................................. 138 Figura 6.3 - Modulo di Rigidezza - AR50_160°_2%.............................................................................. 139 Figura 6.4 - Modulo di Rigidezza - AR50_180°_2%.............................................................................. 140 Figura 6.5 - Modulo di Rigidezza - Confronto a 0°C............................................................................. 140 Figura 6.6 - Modulo di Rigidezza - Confronto a 25°C .......................................................................... 141 Figura 6.7 - Modulo di Rigidezza - Confronto a 40°C .......................................................................... 141 Figura 6.8 - ITS - AV_160°_2% ............................................................................................................. 142 Figura 6.9 - ITS - AR50_160°_2% ......................................................................................................... 143 Figura 6.10 - ITS - AR50_180°_2% ....................................................................................................... 143 Figura 6.11 - ITS - Confronto a 0°C ...................................................................................................... 144 Figura 6.12 - ITS - Confronto a 25°C .................................................................................................... 144 Figura 6.13 - ITS - Confronto a 40°C .................................................................................................... 145 Figura 6.14 '' Campioni G1; G4; G8 - AR50_180°_2% ......................................................................... 146 Figura 6.15 - Dettaglio campione G1 - AR50_180°_2% ....................................................................... 146 Figura 6.16 - Dettaglio campione G8 - AR50_180°_2% ....................................................................... 147 8 INDICE DELLE TABELLE Tabella 2.1 - Proprietà bitumi vergini .................................................................................................... 32 Tabella 3.1 '' Bitume Schiumato Livorno ............................................................................................... 44 Tabella 3.2 - Schiumatura accettabile Livorno ...................................................................................... 46 Tabella 3.3 - Bitume Schiumato Ravenna .............................................................................................. 47 Tabella 3.4 - Schiumatura accettabile Ravenna .................................................................................... 49 Tabella 3.5 - Bitume Schiumato Ravenna + Additivo ............................................................................ 50 Tabella 3.6 - Combinazioni accettabili Ravenna + Additivo .................................................................. 53 Tabella 3.7 - Bitume Schiumato Mantova ............................................................................................. 54 Tabella 3.8 - Combinazioni accettabili Mantova ................................................................................... 56 Tabella 3.9 - Bitume Schiumato Mantova + Additivo ............................................................................ 57 Tabella 3.10 - Combinazioni accettabili Mantova + Add ....................................................................... 59 Tabella 3.11 - Confronto bitumi ½ ......................................................................................................... 61 Tabella 3.12 '' Confornto bitumi 2/2 ..................................................................................................... 62 Tabella 3.13 - Livorno - Penetrazione .................................................................................................... 64 Tabella 3.14 - Ravenna - Penetrazione .................................................................................................. 67 Tabella 3.15 - Ravenna + Add - Penetrazione ....................................................................................... 69 Tabella 3.16 - Mantova '' Penetrazione ................................................................................................ 72 Tabella 3.17 - Mantova + Add - Penetrazione ....................................................................................... 73 Tabella 3.18 - Confronto vergine e 4% - Modulo complesso ................................................................ 98 Tabella 5.1 - Aggregato 0-3 ................................................................................................................. 112 Tabella 5.2 - Aggregato 0-15 ............................................................................................................... 113 Tabella 5.3 - Aggregato 3-6 ................................................................................................................. 114 Tabella 5.4 - Aggregato 15-30 ............................................................................................................. 115 Tabella 5.5 - Fresato 0-20 pre-estrazione ........................................................................................... 117 Tabella 5.6 - Fresato 0-20 post-estrazione .......................................................................................... 118 Tabella 5.7 - Miscele realizzate ........................................................................................................... 122 Tabella 5.8 - Miscela 1 con aggregato vergine .................................................................................... 122 Tabella 5.9 - Miscele da 2 a 5 con 50% di RAP .................................................................................... 124 Tabella 5.10 - Parametri di compattazione ......................................................................................... 128 Tabella 6.1 - Confronto dei moduli di campioni realizzati con tecniche differenti ............................. 139 APPENDICE A 1 - Evaporazione Mantova 150°C - 2% ............................................................................................. 151 A 2 - Evaporazione Mantova 150°C - 4% ............................................................................................. 152 A 3 - Evaporazione Mantova 160°C - 2% ............................................................................................. 153 A 4 - Evaporazione Mantova 160°C - 4% ............................................................................................. 154 A 5 - Evaporazione Mantova 180°C - 2% ............................................................................................. 155 A 6 - Evaporazione Mantova 180°C - 4% ............................................................................................. 156 A 7 - Evaporazione Mantova + Add 150°C - 2% ................................................................................... 157 A 8 - Evaporazione Mantova + Add 180°C - 2% ................................................................................... 158 9 A 9 - Evaporazione Mantova + Add 180°C - 4% ................................................................................... 159 A 10 - Palla anello ................................................................................................................................ 161 A 11 - IP ............................................................................................................................................... 163 A 12 - Viscosità bitumi ......................................................................................................................... 165 A 13 - Analisi Complessiva Livorno (Zoom) ......................................................................................... 166 A 14 - Analisi Complessiva Ravenna (Zoom) ....................................................................................... 166 A 15 - Analisi Complessiva Ravenna + Add (Zoom) ............................................................................. 167 A 16 - Analisi Complessiva Mantova (Zoom) ....................................................................................... 167 A 17 - Analisi Complessiva Mantova + Add (Zoom) ............................................................................. 168 A 18 - Bitumi Vergini Viscosità in scala decimale ................................................................................ 168 A 19 - Bitumi con 2% d'acqua Viscosità in scala decimale .................................................................. 169 A 20 - Bitumi con 3% d'acqua Viscosità in scala decimale .................................................................. 169 A 21 - Bitumi con 4% d'acqua Viscosità in scala decimale .................................................................. 170 A 22 - Analisi complessiva Livorno (scala decimale) ........................................................................... 170 A 23 - Analisi complessiva Ravenna (scala decimale) .......................................................................... 171 A 24 - Analisi complessiva Ravenna + Add (scala decimale) ............................................................... 171 A 25 - Analisi complessiva Mantova (scala decimale) ......................................................................... 172 A 26 - Analisi complessiva Mantova + Add (scala decimale) ............................................................... 172 A 27 - Valori DSR - Livorno ................................................................................................................... 173 A 28 - Valori DSR - Ravenna ................................................................................................................. 174 A 29 - Valori DSR - Ravenna + Add ...................................................................................................... 175 A 30 - Valori DSR - Mantova ................................................................................................................ 176 A 31 - Valori DSR - Mantova + Add ...................................................................................................... 177 A 32 - Estrazione fresato ..................................................................................................................... 178 A 33 - Massa volumica apparente - Miscela 1-2 ................................................................................. 179 A 34 - Massa volumica apparente - Miscela 3-4 ................................................................................. 180 A 35 - Massa volumica apparente - Miscela 5 ..................................................................................... 181 10 ABSTRACT
Questa tesi ha l''obiettivo di analizzare le proprietà fisiche e reologiche del bitume schiumato al fine di utilizzarlo in conglomerati bituminosi con aggregati vergini oppure con una percentuale più o meno alta di materiale di riciclo. La realizzazione di miscele con tale legante è una tecnica non ancora molto conosciuta, e si vuole in questa sede cercare di giungere ad una conoscenza maggiore sia del bitume schiumato sia delle miscele realizzate con esso. Il progetto si è articolato in due fasi. Nella prima fase si sono studiati tre bitumi 70/100 provenienti da tre diverse raffinerie, due dei quali sono stati studiati prima e dopo l''aggiunta di un apposito additivo schiumante. Con l''apposito macchinario Wirtgen WLB10 S si è schiumato il bitume a differenti condizioni: da 150° a 180°C con step da 10°C e, per ognuna di queste, si è fatto variare il contenuto d''acqua da 1 a 4% variando ogni volta di un punto percentuale. Studiando i parametri di espansione e semivita si è riscontrato che ad un contenuto d''acqua maggiore aumenta l''espansione mentre decresce la semivita. Dopo l''additivazione la semivita aumenta notevolmente poichè la schiuma di bitume diventa molto più stabile Sono state eseguite prove di penetrazione, palla anello, viscosità e dynamic shear rheometer (DSR). La penetrazione risulta essere una prova non adatta in questo caso poiché la presenza di bolle crea un''elevata aleatorietà dei risultati. La palla anello varia minimamente tra una condizione e l''altra portando alla conclusione che schiumare non influenza in modo consistente il bitume. Si è osservato che la viscosità diminuisce in seguito all''additivazione. Non è stato possibile identificare un trend analogo per tutti i bitumi in relazione alla variazione di temperatura e contenuto d''acqua. Da un confronto fra i bitumi analizzati si osserva che una viscosità inferiore e un modulo complesso basso coincidono con buone capacità del bitume di realizzare una schiuma espansa e stabile. In particolare si è individuato nel bitume di Mantova quello migliore anche senza l''uso di additivo. Chiaramente dopo l''additivazione le sue caratteristiche schiumanti migliorano. Si è quindi osservato un abbassamento della viscosità del bitume in seguito alla schiumatura e soprattutto che i bitumi con bassa viscosità hanno capacità schiumanti migliori. Durante la seconda fase è stato scelto il bitume Ravenna con additivo, il quale presentava un comportamento simile al Mantova senza additivo e si sono realizzate cinque miscele avendo come fine ultimo quello di capire le caratteristiche meccaniche dei conglomerati con bitume schiumati. La prima miscela è stata realizzata con il 100% di aggregato vergine e un 4.5% di bitume schiumato a 160°C con 2% d''acqua. Si è proseguito con quattro miscele con 50% di aggregato fresato di riciclo aggiungendo quindi un 4.2% di bitume schiumato ritenendo il bitume rimasto sugli aggregati fresati come rinvenuto. Il tutto è stato confrontato con una miscela realizzata in modo tradizionale a caldo con un 4.5% di bitume tradizionale e un 100% di aggregato vergine. Le miscele sono state studiate prevalentemente da un punto di vista meccanico con prove di modulo con la macchina dinamica e prove di trazione indiretta. Osservando i risultati si può affermare che la miscela ha un comportamento migliore con un contenuto di 50% di RAP rispetto al caso con 100% di aggregato vergine. Studiando le diverse temperature è chiara la loro influenza sul comportamento del conglomerato che infatti presenta valori, sia di modulo che di ITS, più alti a 0°C rispetto a 25°C e ovviamente a 40°C che presentano i valori più bassi. Analizzando l''influenza delle condizioni di schiumatura del bitume si individua un trend crescente per quanto riguarda il valore dell''ITS: infatti 11 con un bitume schiumato a 180°C e 2% d''acqua si riscontrano valori maggiori del 20% rispetto a quelli ottenuti con un bitume schiumato a 160° sempre con il 2% d''acqua. 12 INTRODUZIONE
Nell''ambito della progettazione di infrastrutture stradali ed aeroportuali è di fondamentale importanza la conoscenza dei materiali utilizzati e soprattutto delle loro caratteristiche meccaniche. Al fine di conoscere quella che sarà la risposta meccanica del materiale in condizioni di esercizio è necessario studiarne in laboratorio le caratteristiche meccaniche. Negli ultimi anni si è presentata sempre più insistentemente la necessità di provvedere a nuovi criteri di progettazione di infrastrutture viarie, le quali richiedono sempre più alti livelli di prestazione e ottimizzazione delle risorse; ad esempio, in ambito aeroportuale, questa esigenza è dettata dalla necessità che esse devono resistere a sollecitazioni sempre maggiori a causa dell''aumento del traffico, delle dimensioni dei velivoli e degli standard di sicurezza più severi. Per garantire le elevate prestazioni richieste, l''ingegneria si muove alla ricerca di materiali innovativi di alta sicurezza e durabilità, oppure ipotizzando l''impiego associato di soluzioni già note. In questo contesto va sottolineato che la società moderna e soprattutto l''economia mondiale necessitano di un utilizzo sempre maggiore di materiali riciclati e di tecniche di riciclo il più possibile all''avanguardia. Col passare del tempo la tecnica stradale si è evoluta ed ha subito una forte accelerazione soprattutto durante la ricostruzione del secondo dopoguerra; ai tradizionali metodi di stesura a caldo si sono affiancate nuove tecnologie a freddo adatte per il riciclaggio delle pavimentazioni e per i rifacimenti superficiali. Al fine di ottenere risposte ottimali da pavimentazioni riciclate, tanto da poterle sostituire a quelle nuove, sono stati sviluppati nel corso degli ultimi anni numerosi studi. Due sono state le principali tecniche di riciclo a freddo delle pavimentazioni: l''utilizzo di emulsione bituminosa e di bitume schiumato, a differenza del classico bitume usato nelle miscele a caldo. Con queste tecniche è stato possibile utilizzare aggregato non più vergine ma fresato o frantumato, cioè materiale di riciclo. In questa tesi ci si è concentrati su una di queste due tecniche ovvero quella che prevede l''utilizzo del bitume schiumato all''interno del conglomerato. La tecnologia in analisi sviluppata da Csanyi nel 1960, consiste nello spruzzare vapore all''interno del bitume. Questa tecnica fu modificata in Australia nel 1968, dove fu proposto di iniettare una lieve quantità di acqua fredda nel bitume caldo sotto forma sostanzialmente di vapore acqueo (Sunarojo, 2008). Nel corso degli ultimi decenni diversi paesi nel mondo hanno studiato e sperimentato questa tecnica come Sud Africa e Stati Uniti in aggiunta alla già citata Australia (Sunarojo, 2008). Per giustificare questa tecnica e gli studi al riguardo si descrivono in modo sintetico i vantaggi conseguibili (Wirtgen, 2012): ' Flessibilità: la stabilizzazione con bitume schiumato crea un tipo di materiale visco-elastico che aumenta le proprietà legate al taglio (coesione e resistenza alla deformazione); ' Facilità di applicazione: si utilizza un''autobotte collegata a una riciclatrice; ' Capacità di raggiungere rapidamente una buona resistenza: il nuovo strato può essere velocemente aperto al traffico dopo le operazioni stesura e compattazione; ' La schiuma tende a rinchiudere le particelle fini: questo impedisce che reagiscano con acqua o partecipino ad un fenomeno di ''pumping'. 13 Al di la di questo si ripete che si tratta di una tecnica di riciclo e, in quanto tale, gode di tutti i vantaggi generici del riciclaggio come il risparmio energetico, di materiale e di conseguenza un risparmio economico. A livello pratico è importante soffermarsi brevemente su quello che è il campo applicativo del bitume schiumato in sito al fine di comprendere l''obiettivo finale di questi studi. Il bitume schiumato può venir impiegato per consolidare gli strati di sottofondo e per i lavori di riciclaggio a freddo. Una particolarità di tale tecnica è che la miscela con il bitume schiumato può essere realizzata o in situ con riciclatrici o con impianto semi-mobile in area di stoccaggio. Con le riciclatrici mobili si fresa e si frantuma in un'unica passata la struttura stradale esistente, contemporaneamente si aggiungono bitume schiumato, cemento e acqua, mediante accoppiamento in autobotti. Il materiale è poi profilato con grader e rullato con apposite macchine di peso idoneo. Con l''impianto semi-mobile posto nella corretta area di recupero, si mescola una miscela in curva granulometrica di fresato, bitume schiumato, correzione e cemento, si carica il tutto su camion, si stende come un normale conglomerato a caldo con vibro finitrice e si compatta con il rullo gomma gomma. Si sottolinea che la ricerca in questo campo è ben avviata ma non ancora ultimata, sono presenti diversi aspetti ancora poco chiari, che necessitano di ulteriori studi al fine di chiarire con precisioni l''influenza del quantitativo d''acqua sulle proprietà del bitume e l''influenza del bitume schiumato sulle miscele utilizzate. Ovvero non è ancora chiaro quali siano la temperatura e il contenuto d''acqua migliore per un buon bitume schiumato, non si conosce ancora bene che influenza abbia l''acqua sulla viscosità e sul modulo complesso del bitume. Inoltre non si hanno ancora molti risultati sulle caratteristiche meccaniche di conglomerati realizzati con questa tipologia di legante e se moduli più elevati siano legati ad una determinata condizione del bitume schiumato presente nella miscela. Ci si è posti l''obiettivo di studiare sotto aspetti fisici e reologici le proprietà del legante in seguito all''operazione di schiumatura, sia con tecniche più tradizionali sia con altre di più moderna concezione, al fine di osservare l''influenza di tale operazione sulle sue proprietà. Essendo l''obiettivo finale di questa tecnica quello di realizzare conglomerati bituminosi con buone caratteristiche meccaniche ci si è concentrati, una volta individuate le condizioni migliori in cui realizzare un bitume schiumato, sulla realizzazione di miscele schiumate da studiare in diverse condizioni climatiche e soprattutto con bitumi schiumati diversamente in modo da valutare l''eventuale correlazione diretta tra le caratteristiche meccaniche del conglomerato e le condizioni del bitume schiumato utilizzato. 14 CAPITOLO 1 GENERALITA'' SUL BITUME SCHIUMATO Un bitume schiumato è un legante ricavabile in seguito all''iniezione di una piccola percentuale di acqua nebulizzata nel bitume caldo, in un''apposita camera ad espansione. In Figura 1.1 è rappresentato uno schema relativo. Figura 1.1- Schema della produzione di schiuma (Wirtgen, 2012) Subito dopo la spruzzatura del bitume in un apposito contenitore questo si presenta come una schiuma, con bolle, e si espande rapidamente aumentando di volume fino a raggiungere il culmine per poi rapidamente collassare, così da riportarsi asintoticamente al volume originario. La differenza tra il massimo volume raggiunto dalla schiuma e quello di partenza è chiamata ''Espansione', il cui massimo valore di questa dipende dal ''Contenuto d''acqua' aggiunto, in altre parole dalla percentuale iniettata sotto forma di vapore nel bitume. Un altro parametro importante per la descrizione di questo legante è la ''Semivita' ovvero il tempo che intercorre tra quando il volume è al culmine e il momento in cui collassando raggiunge la metà del volume stesso. Dopo un breve periodo, che può variare da 20 secondi fino ad un massimo di qualche minuto, il bitume torna ad avere il suo volume iniziale, tuttavia, durante questa fase, alcune bolle rimangono all''interno del legante. Si suppone che il bitume schiumato includa al suo interno aria, vapore ed un piccolo quantitativo d''acqua. Solitamente il bitume è spruzzato in un secchio, all''interno del quale è possibile osservare come il vapore forma queste bolle che rimangono poi intrappolate all''interno del legante liquido. Queste bolle alla vista si comportano come quelle dell''acqua calda, ovvero tendono a portarsi verso l''alto mentre il bitume decresce di volume durante la dissipazione della schiuma dovuta alla forza di gravità. Va sottolineato che l''iniezione di acqua porta ad un notevole abbassamento della temperatura del bitume che viene spruzzato. Sulla base di quanto descritto è chiaro che aspetti come contenuto d''acqua, temperatura del bitume, viscosità e proprietà del legante allo stato vergine abbiano notevole influenza sulle caratteristiche della schiuma. Di seguito si riporta un''immagine tratta dal manuale Wirtgen ritenuta utile per una rapida comprensione in fase preliminare del tema trattato. Infatti, è rappresentato un grafico espansione/tempo il comportamento della schiuma che aumenta di volume fino a un picco per poi 15 decrescere asintoticamente. Strettamente legate alle fasi del processo sono collegati al grafico tre contenitori stilizzati rappresentanti il volume occupato dal bitume (Figura 1.2). Figura 1.2 - Schema di espansione e semivita (Wirtgen, 2012) Il bitume schiumato è quindi un legante con apposite proprietà tali da poter realizzare miscele a temperatura ambiente, che gli permettono, durante la fase espansa, di avvolgere gli aggregati nelle condizioni di umidità del sito in cui si realizza la pavimentazione. Trattasi in questo caso di un CMA (cold-mix asphalt) ovvero di un conglomerato realizzato completamente a freddo, in alternativa al classico HMA (hot-mix asphalt) ovvero un mix realizzato a caldo, dove sia il bitume che gli aggregati sono ad alta temperatura. I conglomerati freddi sono realizzabili sia in impianto sia in sito e in nessuno dei casi è necessario scaldare gli aggregati prima di realizzare la miscela. La differenza sta nel fatto che in impianto è possibile controllare più precisamente dosaggi, temperatura e la qualità del mix che inoltre può essere immagazzinato per un uso successivo, mentre in sito la velocità e il costo sono ottimali a discapito tuttavia di una qualità inferiore rispetto alla miscela realizzata in impianto. L''impianto consiste in tramogge di aggregati con un nastro trasportatore che convoglia il tutto in un miscelatore. Quando il materiale è fatto cadere dai nastri avvengono la spruzzatura del bitume e in 16 seguito la miscelazione complessiva all''interno del miscelatore finché il mix non è omogeneo. A questo punto il mix è incanalato con un altro nastro trasportatore verso un''area di stoccaggio oppure verso gli appositi autocarri destinati all''immediato trasporto in cantiere. La tecnologia attuale ha permesso la realizzazione di impianti mobili, posizionabili vicino al cantiere al fine di ridurre al minimo i costi di trasporto. L''aggregato può essere sia vergine sia fresato oppure una combinazione di essi, eventualmente con aggiunta di una piccolissima percentuale di cemento. Il processo in sito consiste nel riciclaggio fresando uno strato usurato di pavimentazione di profondità variabile tra 100mm e 300mm. La pavimentazione frantumata viene spruzzata con bitume schiumato realizzato nella camera d''espansione della riciclatrice. Nell''immagine sottostante (Figura 1.3) è visibile una riciclatrice da cantiere in opera presso l''aeroporto di Milano Malpensa nel mese di Aprile 2013 in occasione dei lavori di ampliamento dell''area cargo. Figura 1.3 - Riciclatrice Wirtgen in cantiere a Malpensa Il bitume è portato da un''apposita autobotte che fa parte nel treno di mezzi necessari per il riciclo. Infatti riciclatrice e autobotte si muovono in tandem lungo la pavimentazione. Nell''immagine seguente è visibile tale accoppiamento (l''immagine è relativa al medesimo cantiere, Figura 1.4). Figura Il materiale può essere poi livellato e compattato con un rullo per ottenere una pavimentazione flessibile consona con le richieste di capitolato. In occasione della settima conferenza sulle pavimentazioni ampio spazio alla descrizione d differenti approcci (Lewis e Collings,1999). Si sottolinea che a livello intermedio tra HMA e CMA si inserisce la tecnica WMA ( conglomerato tiepido, dove gli aggregati sono a 95°C anzi che 165°C (tipico dell''HMA). Nella seguente immagine (Figura 1.5) si riporta in modo schematico la differenza esistente tra le tre differenti tecniche sopra citate. Figura 1.5 - Differenze tra HWA-WMA Figura 1.4 - Riciclatrice Wirtgen e autobotte a Malpensa Il materiale può essere poi livellato e compattato con un rullo per ottenere una pavimentazione flessibile consona con le richieste di capitolato. conferenza sulle pavimentazioni tenutasi in Sudafrica nel di queste tecniche di riciclo in sito delineando pro e contro dei differenti approcci (Lewis e Collings,1999). Si sottolinea che a livello intermedio tra HMA e CMA si inserisce la tecnica WMA ( conglomerato tiepido, dove gli aggregati sono a 95°C anzi che 165°C (tipico dell''HMA). Nella seguente immagine (Figura 1.5) si riporta in modo schematico la differenza esistente tra le tre WMA-CMA (http://international.fhwa.dot.gov/pubs/pl08007/images/figure_4.jpg 17 Il materiale può essere poi livellato e compattato con un rullo per ottenere una pavimentazione rica nel 1999 venne dato i queste tecniche di riciclo in sito delineando pro e contro dei Si sottolinea che a livello intermedio tra HMA e CMA si inserisce la tecnica WMA (warm-mix asphalt), conglomerato tiepido, dove gli aggregati sono a 95°C anzi che 165°C (tipico dell''HMA). Nella seguente immagine (Figura 1.5) si riporta in modo schematico la differenza esistente tra le tre http://international.fhwa.dot.gov/pubs/pl08007/images/figure_4.jpg) 18 ' visibile come all''aumentare della temperatura di miscelazione del conglomerato aumenti anche il quantitativo di energia necessaria. In laboratorio il bitume schiumato può essere realizzato con un piccolo impianto schiumante (Wirtgen WLB) realizzato al fine di studiare le caratteristiche dello schiumato e valutare le proprietà in relazione ai parametri variabili che lo caratterizzano. Tale macchina riproduce in modo fedele l''impianto montato sulle riciclatrici da cantiere. Nel seguito si descrive (Figure 1.7-1.8-1.9-1.10) rapidamente l''impianto da laboratorio appena citato e utilizzato nella seguente ricerca: trattasi di un blocco unico e compatto in cui viene inserito il bitume caldo e liquido (1) e successivamente spruzzato (2) in un apposito secchio. Attraverso il pannello di controllo (3) è possibile impostare la temperatura di tutti i vari componenti della macchina. ' infatti opportuno sottolineare che tutte le parti percorse dal bitume siano alla medesima temperatura dello stesso al fine di evitare dispersioni termiche. Nel momento in cui l''operatore imposta la temperatura si illuminano delle spie luminose per informare che la macchina non è pronta; tali spie si spegneranno non appena verrà raggiunto il livello termico richiesto. Attraverso il pannello si può inoltre impostare la percentuale d''acqua richiesta e il quantitativo di bitume che si vuole spruzzare, oltre che ovviamente accendere la macchina e dare l''avvio all''operazione di schiumatura. Dall''ugello (2) il bitume viene spruzzato in un secchio (a fianco Figura 1.6) dove, con un''asta metallica si valuta il livello dell''espansione raggiunto dal bitume. ' possibile collegare un miscelatore Wirtgen (4) alla macchina dove, anzi che studiare semplicemente il comportamento del bitume, si realizza una vera e propria miscela. Questo presenta un ulteriore piccolo pannello di controllo (5) dove è possibile, oltre che azionare il miscelatore, variare tempo di miscela e velocità. Si osserva che ogni bitume presenta le proprie caratteristiche, dovute alla provenienza e alla composizione chimica, di conseguenza è opportuno tarare la macchina ogni volta che si cambia il bitume da analizzare. Infatti, affinché la macchina spruzzi il quantitativo di bitume richiesto dall''operatore è necessario regolare la velocità della pompa. Chiaramente, variando la temperatura, si modifica la viscosità del bitume e di conseguenza leggermente anche il quantitativo spruzzato. In accordo con i tecnici specializzati i laboratori individuano nel 4% (20g su uno spruzzo di 500g) un valore di tolleranza accettabile. Figura 1.6 - Secchio e barra
misuratrice (Wirtgen,2012) 19 Figura 1.7 - Schiumatrice da laboratorio Wirtgen (Wirtgen 2012) Figura 1.8 - Dettaglio pannello di controllo macchina Wirtgen 2 1 3 3 20 Figura 1.9 - Miscelatore Wirtgen Figura 1.10 - Dettaglio miscelatore (sinistra) Pannello di controllo, (destra) interno del miscelatore Secondo quanto stabilito da Brown nel 1994 le tre proprietà meccaniche fondamentali da conferire ad un buon conglomerato sono compattezza, resistenza a fatica e resistenza all''ormaiamento, di conseguenza la ricerca e la sperimentazione del legante in esame sono volte a realizzare un mix che rispetti il più possibile tali richieste. 4 5 5 21 1.1 Analisi bibliografica sul bitume schiumato
La tecnologia del bitume schiumato fu introdotta inizialmente dal Professor Ladis Csanyi della Iowa State University nel 1956. Le qualità di tale legante sono state nel corso degli anni dimostrate sia in laboratorio che in sito. In questo processo veniva iniettato nel bitume vapore ad una pressione di 172 kPa con un apposito ugello. Fu provato nel 1959 sempre da Csanyi come l''iniezione di vapore fosse la più semplice ed efficiente da realizzare. Tuttavia tale metodo era difficoltoso da applicare in sito per la necessità di una caldaia a vapore, di conseguenza, nel 1968 in Australia si modificò tale tecnica utilizzando acqua fredda anziché vapore. Da questo momento la tecnica del bitume schiumato fu riconosciuta a livello universale come un''ottima tecnica per il riciclo delle pavimentazioni stradali, tanto da essere applicata in Nuova Zelanda, Sud Africa, Gran Bretagna, Francia per poi giungere nei primi anni 90 in Asia in stati come Kuwait, Iran, Arabia Saudita, Cina, Taiwan e Tailandia. Sono stati condotti nel corso della storia numerosi studi al riguardo al fine di chiarire le caratteristiche e le proprietà del bitume schiumato. A Brennen et al. (1983) viene invece imputata l''individuazione di tre parametri ritenuti da allora fondamentali per caratterizzare la capacità schiumante di un bitume, la cosiddetta ''foamability': il quantitativo di schiuma prodotta, il contenuto d''acqua e la temperatura di schiumatura del bitume. Gli effetti sulla composizione chimica del bitume in seguito all''operazione di schiumatura furono investigati da Namutebi nel 2011 attraverso tecniche spettroscopiche confrontando differenti bitumi. Osservò che la composizione chimica non veniva influenzata e lo giustificò dicendo che il periodo di esposizione all''aria e all''acqua è molto breve, inoltre che le temperature a cui viene schiumato non sono sufficientemente alte da causarne un invecchiamento, (Namutebi, 2011). Tuttavia raccomanda ulteriori studi al fine di determinare meglio questo aspetto della ricerca. Nei suoi studi Carrera indagò sulla chimica del bitume, individuando che, con apposite modifiche sullo stesso era possibile ampliarne le capacità schiumanti. In seguito ad una apposita modifica osservò che il legante, dopo l''operazione di schiumatura, presentava un''ottima espansione e una maggiore stabilità se confrontata con quella del bitume non modificato. Gli spagnoli sottolinearono che in base alle caratteristiche colloidali del bitume erano individuabili vari livelli di modifica da attuare nei confronti del bitume, (Carrera, 2010). Come precedentemente riportato, storicamente i parametri utilizzati per descrivere le condizioni schiumanti del bitume sono stati e sono tutt''ora espansione e semivita. Tuttavia, essendo questi ancora molto empirici, poco scientifici e molto influenzabili dall''operatore, Jenkins e Van de Ven hanno cercato con una ricerca presentata alla settima conferenza sulle pavimentazioni, tenutasi in Sud Africa nel 2007, di determinare dei nuovi parametri più rigorosi. Studiarono diversi bitumi con composizione diversa e una discreta varietà di additivi. Concentrarono buona parte del loro studio sulla realizzazione di un modello matematico per descrivere il decadimento della schiuma, dopo aver raggiunto la massima espansione (Jenkins 1999). Attraverso tale modello è possibile intervenire a posteriori sul valore rilevato di massima espansione sulla base anche del tempo di spruzzatura e della semivita. Si valuta così un indice di espansione corretto, identificato con ERa (actual expansion ratio)
raffigurante una misura intrinseca della stabilità della schiuma. ' possibile additivare il bitume, aumentando espansione e semivita, senza che questo parametro cambi. 22 ' stato introdotto anche un nuovo indice FI, ovvero Foaming Index, utile per ottimizzare l''uso di acqua e additivo al fine di migliorare la schiumatura del bitume. ' misurato come l''area sottostante la curva di decadimento dopo il raggiungimento della massima espansione. Figura 1.11 - FI (Jenkins, Characterisation of foamed bitumen, 1999) Nell''immagine 1.11 tratta dall''articolo citato sono visibili sia il parametro ERa che l''FI ovvero la
somma delle aree A1 e A2.
FI può essere calcolato usando un''equazione di decadimento standard per bitumi non modificati. Dove sono usati additivi per il calcolo si possono invece utilizzare appositi grafici rappresentanti il decadimento della schiuma in aggiunta a calcoli numerici. Conoscendo gli FI e ERa di un bitume si
possono quindi valutare a priori le caratteristiche del legante in relazione alle capacità schiumanti così da poterlo confrontare con altri. Indagando anche sulla viscosità dei vari bitumi rilevarono che l''espansione dovrebbe essere al minimo 4 al fine di garantire una viscosità sufficientemente bassa da consentire una buona miscelazione. A riguardo di ciò si potrebbe aprire un ampio dibattito poiché il manuale Wirtgen e il capitolato ANAS presentano valori limite completamente diversi sia per semivita che per espansione. Nella sua recente ricerca (2013) Yu, ha cercato di rispondere a due domande importanti: se la variazione del contenuto d''acqua avesse un''influenza diretta sulle proprietà del bitume schiumato e del conglomerato realizzato con esso, e se esista un contenuto ottimale d''acqua che fornisca le proprietà migliori. Nella sua ricerca letteraria Yu riassume le percentuali d''acqua usate storicamente: 1''5% Button et al. 1.5% Prowell and Hurley <2% Thompson 2''5% Middleton and Forfylow 2%, 3%, 4% Xiao et al. 4% Fu et al. Osservò che la viscosità era influenzata dalla presenza di acqua, ed il modulo ne risentiva prevalentemente per quanto riguarda la componente elastica. In particolare Yu studiò bitumi 23 modificati e non ed osservò che la resistenza a fatica veniva aumentata con un 1% d''acqua per i non modificati, mentre 2-3% per i modificati. Elaborò alcune rappresentazioni grafiche di seguito riportate contenenti suoi risultati: Figura 1.12 - Viscosità in relazione al contenuto d'acqua (Yu,2013) Figura 1.13 - Influenza dell'acqua sulla resistenza a fatica in un bitume non modificato (Yu,2013) In queste figure in particolare (Figura 1.12 - 1.13 - 1.14) si trovano anche i primi risultati conseguenti a studi sul modulo complesso del bitume schiumato presenti in letteratura. 24 Figura 1.14 - Influenza dell'acqua sulla resistenza a fatica in un bitume modificato (Yu,2013) Kim nel 2006 studiando la viscosità del bitume rinvenuto dal RAP osservò che i metodi di estrazione
richiedevano almeno un paio di giorni per cui cercò un metodo rapido di circa due ore utilizzando un
gel-permeation-chromatograph (GPC) (Kim, 2006).
Saleh nel 2007 analizzò 7 diverse tipologie di bitume, provenienti da diverse parti del mondo, utilizzò tre tecniche diverse per lo studio della suscettibilità termica del bitume e per valutare come questa avesse una conseguenza sulle proprietà del bitume schiumato. Va sottolineato che un bitume fortemente suscettibile alla temperatura può presentare diverse problematiche poiché si limita così l''area geografica di applicazione. Infatti non può essere utilizzato ad esempio in climi rigidi come quelli del nord Europa. Dalla sua analisi Saleh individuò la schiumatura migliore coincidente con quella relativa al contenuto ottimo d''acqua. Tuttavia per riferirsi a questo va indicata la semivita migliore, il che necessita di una valutazione visiva a discrezione dell''esperienza dell''operatore. Saleh identificò, coerentemente con la letteratura precedente, un contenuto d''acqua ottimale fra 2 e 3.5% esprimendo con la Figura 1.15 una classifica dei bitumi studiati utilizzando oltre al contenuto d''acqua il Foaming Index. 25 Figura 1.15 - Classifica dei bitumi studiati (Saleh, 2007) Per studiare la suscettibilità termica e confrontarla con la classifica sopra descritta studiò l''IP ovvero indice di prestazione, il PVN, penetration viscosity number e VTS viscosity-temperature susceptibility: un''elevata suscettibilità termica coincide con PI e PVN bassi e un VTS alto. Dallo studio elaborò questi risultati (Figure 1.16-1.17-1.18). Figura 1.16 - IP (Saleh, 2007) 26 Figura 1.17 - PVN (Saleh, 2007) Figura 1.18 - VTS (Saleh, 2007) Confrontando i bitumi nella graduatoria precedentemente descritta con i valori di PVN giunse alla conclusione che non è presente un nesso fra le buone caratteristiche schiumanti el bitume e la suscettibilità termica dello stesso. Brennen et al. (1983) trovarono che la viscosità cinematica del bitume alla temperatura di schiumatura non era un parametro sufficiente a spiegare le proprietà del bitume schiumato. Altri 27 autori invece individuarono una correlazione tra viscosità e proprietà schiumanti del bitume, ovvero osservarono una maggiore capacità schiumante per bitumi con un basso valore di viscosità (Abel, 1978, Namutebi et al., 2011). Inoltre la composizione chimica è risultata essere molto importante, infatti è stato mostrato dagli studi di Barinov (1990) che la presenza di asfalteni nel bitume aumenta l''espansione e la semivita della schiuma. Infatti gli asfalteni si comportano come tensioattivi che, riducendo la tensione superficiale del bitume, prolungano la durata della schiuma prima del collasso. Maccarone et al. (1994) osservarono l''influenza di additivi schiumanti, i quali hanno la capacità di incrementare le capacità schiumanti del bitume, oltre a facilitare il ricoprimento degli aggregati. Non è stato semplice nel corso della storia studiare l''influenza dell''operazione di schiumatura sulle proprietà chimiche e reologiche del legante a causa dell''imminente collasso del materiale. Di conseguenza Sunarojo per primo, nel 2008, propose di conservare il bitume schiumato in appositi contenitori da riporre in freezer pochi minuti dopo la schiumatura. Tale procedimento è risultato essere la proposta più interessante al fine di conservare il più a lungo possibile le bolle all''interno del bitume ed è stata riutilizzata negli anni successivi. Tale metodo sarà anche utilizzato nello studio trattato nel seguito in questa tesi. A titolo informativo si ritiene interessante riportare un sintetico schema al fine di elencare pro e contro dell''utilizzo del bitume schiumato, tratto da un testo di Jenkins (2000). Vantaggi: ' Riduce quasi a zero le emissioni atmosferiche; ' Riduce il consumo di energia: l''aggregato è utilizzato a temperatura ambiente o a 95°C, comunque inferiori rispetto a quella necessaria per l''HMA; ' ' compatibile con una vasta gamma di pezzature di aggregati; ' Serve un quantitativo inferiore: infatti attraverso l''espansione il bitume è sfruttato maggiormente ed è così in grado di coprire gli aggregati anche con minore quantità; ' Prevede un minor invecchiamento del bitume: dovuto alla temperatura inferiore del mix; ' Prevede meno problemi dovuti all''umidità durante la compattazione; ' ' applicabile sia ad aggregati vergine che a materiale fresato: trattandosi di qualità di materiale diverse ne segue anche una notevole differenza di prezzo; ' Prevede un periodo di stagionatura breve: dopo la compattazione i mix realizzati con lo schiumato hanno una resistenza sufficiente da essere subito percorsi dal traffico senza particolari effetti, a patto che i volumi di traffico non siano troppo elevati. Ovviamente non è allo stesso livello del conglomerato HMA. Invece i conglomerati con emulsione bituminosa richiedono un tempo di stagionatura maggiore; Tuttavia è doveroso sottolineare anche quelli che sono gli svantaggi di questa tecnica di riciclaggio delle pavimentazioni: ' Necessita di un elevato livello di competenza: infatti devono essere molto competenti gli operatori al fine di ottenere una buona schiumatura ed un buon mix; ' Procedura di miscela: oggi ancora non sono state precisamente definite le operazioni da seguire per la miscelazione al pari dell''HMA; 28 ' Composizione chimica: alcuni additivi ''anti-foamants' vengono inclusi nel bitume durante la raffinazione e tendono ad inibire la produzione di schiuma. Pertanto questi necessitano un''additivazione prima dell''utilizzo. ' Procedure di design: non sono ancora state sviluppate tecniche ad hoc per la realizzazione di strati in conglomerato con bitume schiumato; ' Costi-benefici: è ancora difficoltoso individuare chiaramente il ciclo della vita utile della pavimentazione riciclata con i relativi interventi di manutenzione necessari. Per queste ragioni diversi imprenditori non sono spesso preparati ad accogliere il rischio di utilizzare un prodotto che necessita ancora oggi di ricerca e sperimentazione. Jenkins nella sua tesi studiò anche come l''additivazione influenzasse le caratteristiche di espansione della schiuma. Si riporta la Figura 1.19 che descrive un aumento notevole del foeming index e conseguentemente dell''espansione, in particolare intorno al 3% di contenuto d''acqua. Figura 1.19 - Bitume con e senza additivo (Jenkins,2000) ' importante osservare questo aspetto perché sarà parte costituente della sperimentazione oggetto di questa tesi. Per concludere questi richiami bibliografici si riporta in Figura 1.20 l''andamento grafico di massima espansione e semivita di un bitume 70/100 (analoga tipologia di quello che si è studiato in questa sede) in relaziono al contenuto d''acqua riportato da Sunarjono (2008). 29 Figura 1.20 - Espansione e Semivita in funzione del contenuto d'acqua (Jenkins, 2000) 30 CAPITOLO 2 PROGRAMMA SPERIMENTALE Si vuole a questo punto, delineare quello che sarà il programma sperimentale analizzato in questa sede, al fine di partecipare allo studio iniziato da altri autori su quelle che sono le proprietà chimiche e reologiche del bitume schiumato, cercando di valutare l''influenza dei parametri precedentemente citati sul comportamento finale del bitume; successivamente in questa trattazione ci si concentrerà sullo studio delle miscele. Trattasi di una spiegazione sintetica avente l''obiettivo di collocare la tesi in esame nella ricerca in atto negli ultimi decenni sul bitume schiumato. Si è deciso nel nostro caso di studiare tre bitumi 70/100 provenienti da raffinerie diverse: Livorno, Ravenna e Mantova. In particolare il secondo e il terzo sono stati analizzati prima e dopo l''aggiunta di un apposito additivo schiumante. In accordo con la letteratura esistente si sono analizzati i parametri di espansione e semivita, tuttavia per completare quanto osservato storicamente si è deciso di valutare quattro temperature diverse: 150°C, 160°C, 170°C, 180°C. Per ognuna di queste si sono analizzati quattro contenuti d''acqua, dall''1 al 4%. L''obiettivo è stato quello di identificare l''influenza di temperatura e contenuto d''acqua su espansione e semivita. Il bitume è stato conservato in appositi contenitori, opportunamente riposto in freezer, in accordo con l''intuizione di Sunarjono (2008). Sono state effettuate prove tradizionali di penetrazione e palla anello su tutti i campioni vergini e schiumati. In seguito si è scelta la temperatura di 160°C che storicamente e secondo le nostre osservazioni creava ottime caratteristiche di schiuma. Su questa serie di campioni sono state eseguite prove di viscosità con un Viscosimetro Brookfield e di DSR con il reometro a taglio. I risultati sono stati confrontati con quelli dei campioni vergini. In aggiunta, per il bitume Mantova, è stata studiata anche la variazione termica post spruzzatura e l''evaporazione nel corso del tempo. Per quest''ultima il bitume è stato versato in coppie di contenitori, dei quali uno è stato conservato a temperatura ambiente mentre l''altro è stato riposto in freezer. Si rimanda al capitolo successivo la spiegazione dettagliata dei parametri analizzati con soprattutto i risultati ottenuti e le relative osservazioni. ' qui di seguito invece riportato uno schema raffigurante il piano sperimentale precedentemente descritto. 31 Figura 2.1 - Piano sperimentale BITUMI: Livorno, Ravenna, Ravenna + Add, Mantova, Mantova + Add Realizzazione del bitume SCHIUMATO con macchinario Wirtgen: contenuto d''acqua: 1%, 2%, 3%, 4% 150°C 160°C 170°C 180°C Viscosità: 2%, 3%, 4% DSR: 1%, 2%, 3%, 4% Analisi aggiuntive sul bitume Mantova e Mantova + Add: ' Evaporazione ' Temperatura Analisi sul bitume VERGINE Prove di: ' Palla Anello ' Penetrazione ' Viscosità ' DSR Prove di: ' Penetrazione ' Palla Anello Conservati in Freezer 32 2.1 Materiali 2.1.1 Bitumi
Nello studio in analisi sono stati presi in considerazione tre bitumi provenienti da raffinerie diverse ma con uguale grado di penetrazione. Livorno 70/100; Ravenna 70/100; Mantova 70/100. Si riporta la tabella 2.1 con i valori caratteristici dei bitumi in condizioni vergini Penetrazione Palla Anello IP LIVORNO 165 dmm 40°C -0.878 RAVENNA 73 dmm 46°C -1.377 MANTOVA 86 dmm 47°C -0.616 Tabella 2.1 - Proprietà bitumi vergini 2.1.2 Additivo
Come illustrato precedentemente in questo testo alcuni bitumi necessitano l''aggiunta di un additivo al fine di sopperire a problematiche, insite nella loro composizione chimica, che inibiscono la formazione di una buona schiuma. Nel caso in analisi si è utilizzato un additivo a base di acido oleico di dietalonammina. Trattasi di un composto liquido conservato a temperatura ambiente e aggiunto al bitume caldo prima dell''inserimento dello stesso nella macchina schiumante. Si sottolinea che le capacità di tale additivo sono notevoli quindi ne basta una piccola quantità per migliorare le prestazioni del bitume: nello specifico è stato aggiunto un quantitativo pari allo 0.6% calcolato sul peso totale del bitume utilizzato. Si sono di conseguenza studiati: Ravenna Additivato 70/100; Mantova Additivato 70/100. 2.2 Caratterizzazione del Bitume schiumato
' stata utilizzata la macchina Wirtgen WLB 10S presso il Laboratorio del dipartimento di infrastrutture e trasporti del Politecnico di Milano. Il macchinario è dotato di una serie di spie relative alla temperatura dei suoi componenti, opportunamente regolabile. Infatti è molto importante che tutto ciò che è a contatto con il bitume sia alla temperatura richiesta così da non alterarne il comportamento. Tipicamente le operazioni di schiumatura richiedono alcune ore, prevalentemente per quanto concerne il raggiungimento delle condizioni richieste di temperatura, pressione e dosaggio dell''acqua. Soprattutto per il raggiungimento della temperatura richiesta necessità di molto tempo: è fondamentale che il bitume sia scaldato in forno fino a 150°C prima di essere versato nella macchina, la quale deve già nel suo complesso essere alla temperatura richiesta. Si sottolinea che il secchio 33 entro cui viene gettata la schiuma dall''apposito ugello deve essere ad una temperatura minima di 75°C. Una volta raggiunta la temperatura richiesta e selezionato il contenuto d''acqua con cui si vuole realizzare l''esperimento si può procedere all''operazione. Con l''ausilio di un termometro si misura la temperatura della schiuma subito dopo il getto e si rilevano la massima espansione e la semivita utilizzando un''apposita bacchetta inserita all''interno del secchio e un cronometro. Con l''ausilio di una videocamera si effettua un controllo a posteriori sui dati rilevati in fase di esperimento. Tendenzialmente si effettuano tre ''spruzzate' per ogni contenuto d''acqua di ogni condizione di temperatura. Si riportano alcune immagini del bitume schiumato dove sono visibili chiaramente le bolle (Figura 2.2-2.3). Figura 2.2 - Bitume schiumato nel secchio ' importante sottolineare che viene impostato un flusso di bitume, pari a 100g/s, che viene spruzzato dalla macchina; si imposta, attraverso una manopola presente nel pannello di controllo, la velocità della pompa. In questa fase è necessario tarare la macchina, infatti ogni bitume ha caratteristiche Figura 2.3 - Immagini ravvicinati bitume schiumato 34 proprie di viscosità, di conseguenza la medesima velocità della pompa potrebbe causare, usando due bitumi differenti, la spruzzatura di due quantitativi diversi in peso. Solo dopo aver verificato che il quantitativo di bitume spruzzato è coincidente con quello richiesto si è potuto proseguire. Tale osservazione diventa fondamentale nel caso delle miscele, dove è necessario sapere con esattezza il quantitativo di bitume spruzzato, poiché la percentuale di bitume è valutata con precisione sul peso dell''aggregato. 2.2.1 Conservazione della schiuma
Oltre alla misura dei parametri di semivita e massima espansione, è necessario conservare buona parte del bitume appena schiumato con l''obiettivo di studiare l''effetto delle differenti condizioni di schiumatura sulle proprietà fisiche e reologiche del bitume. Il legante viene quindi, subito dopo la schiumatura, versato in appositi contenitori. Quelli relativi alla palla anello vengo semplicemente conservati in ripiani a temperatura ambiente; i contenitori destinati a penetrazione, viscosità e DSR invece, non appena il bitume raggiunge la temperatura ambiente, vengono ricoperti e riposti in freezer con l''obiettivo di conservare il più possibile il contenuto d''acqua. L''operazione di campionamento è brevemente rappresentata nell''immagine successiva (Figura 2.4) Figura 2.4 '' Campionamento del bitume schiumato 2.2.2 Evaporazione
Al fine di valutare la capacità del bitume schiumato di trattenere l''acqua si è deciso di riempire degli appositi contenitori e di valutarne il peso periodicamente, inizialmente ogni ora ,successivamente ogni giorno e infine settimanalmente. Il peso è stato misurato con una bilancia dotata di lettura al centesimo di grammo. Questa operazione ha riguardato i seguenti campioni: - Mantova 150°C 2% e 4% - Mantova 160°C 2% e 4% - Mantova 180°C 2% e 4% - Mantova + Additivo 150°C 2% e 4% - Mantova + Additivo 180°C 2% e 4%. 35 Si sottolinea che per ognuno dei sopracitati casi si sono analizzati due campioni analoghi con la sola differenza che uno è stato sempre mantenuto a temperatura ambiente, mentre l''altro costantemente in freezer alla temperatura di -15°C. Si riportano di seguito le relative tabelle in cui al peso del campione viene sottratta la tara della vaschetta in alluminio e, in seguito si valutano variazione di peso sia a livello numerico che percentuale. La prima pesata viene eseguita 2-3 minuti dopo la spruzzatura, non appena la schiuma si stabilizza e il bitume si raffredda leggermente. 2.2.3 Raffreddamento
Durante le operazioni di schiumatura del bitume si è provveduto sempre a misurare la temperatura immediatamente dopo la spruzzatura all''interno del secchio, in modo da individuare la differenza termica tra la temperatura impostata nella macchina e quella del bitume. Tuttavia per analizzare con una precisione maggiore il processo di raffreddamento si è deciso di monitorare alcuni campioni di bitume per 45 minuti con l''ausilio di un termometro laser. 2.2.4 Penetrazione
Fissando una temperatura ed un sistema per eseguire la misura è possibile classificare i bitumi in base alla loro consistenza. Da questa analisi è nato quello che ancora oggi è il principale elemento di classificazione dei bitumi ovvero il valore della penetrazione alla temperatura di 25°C. Si utilizza in questo caso la norma UNI EN 1426. In termini analitici questa prova esprime in decimi di millimetro la profondità raggiunta da un ago normalizzato, caricato con un peso complessivo di 100 grammi, lasciato libero di penetrare nel campione di prova, per un tempo di 5 secondi dopo che il campione è stato condizionato a 25°C per 1-1,5 ore (Figura 2.5). La prova viene condotta utilizzando una specifica apparecchiatura definita penetrometro. Operativamente si estrae il contenitore dal bagno in cui è immerso e si mette in una bacinella con acqua alla medesima temperatura (25°C) (Figura 2.6). Si posiziona quindi la bacinella nell''apposita macchina e si provvede all''attivazione della stessa che provvede così alla penetrazione. Per ogni campione si ripete il procedimento almeno 3 volte, arrivando a 5 misure nel caso in cui ci sia una variabilità elevata dei risultati. Trattandosi di bitumi 70/100 ci si aspetta di riscontrare una penetrazione tra 70 e 100 decimi di millimetro per quanto riguarda il bitume vergine. Figura 2.5 - Climatizzazione dei campioni 36 2.2.5 Palla Anello
Si definisce Punto di Rammollimento il valore di temperatura in corrispondenza del quale il bitume inizia a perdere le sue caratteristiche di plasticità per entrare nello stato di fluido newtoniano. Sarebbe in realtà più opportuno parlare di un intervallo di temperatura all''interno del quale il bitume comincia a perdere consistenza ed a fluidificare (normativa di riferimento: ASTM D6493).
Tuttavia, per motivi evidentemente pratici, è necessario individuare un valore preciso della temperatura a cui fare riferimento. Il metodo di prova più utilizzato per determinare il Punto di Rammollimento è quello della Palla Anello che viene descritto di seguito. Il campione di bitume viene riscaldato e colato in uno speciale anello di ottone, precedentemente riscaldato anch''esso in forno. Non appena il bitume raffredda con un coltello caldo viene rasato l''anellino così da rendere il più possibile liscia e regolare anche la parte superiore. Al centro dell''anellino viene posta una sferetta d''acciaio di diametro e peso Figura 2.6 - Dettaglio temperatura di prova Figura 2.7 - Palla Anello 37 stabiliti, due anellini con identico bitume vengono montati su un apposito castello e quest''ultimo viene inserito in un recipiente con acqua alla temperatura 5°C. Qui rimane per circa 15 minuti al fine di stabilizzarsi a questo valore termico, che coincide poi con il punto iniziale della prova effettiva. Viene poi posizionato il tutto su di una piastra la cui temperatura è innalzata con un gradiente termico stabilito (circa 5°C ogni minuto). Il Punto di Rammollimento cercato è la temperatura in corrispondenza della quale la sferetta passa oltre il bitume fino a toccare la lastra posta alla distanza di 1 pollice (2,54 cm) dalla posizione iniziale. Si sono riportate alcune foto scattate durante la prova (Figura 2.7 raffigurante la prova vera e propria e Figura 2.8 rappresentante due dettagli, nella parte destra le sferette metalliche posizionate negli anelli di bitume mentre, nella parte sinistra, la fase finale della prova, in cui le sfere toccano la banda metallica presente nel castello) Figura 2.8 - Dettaglio Anelli durante (sinistra) e a fine prova (destra) 2.2.6 IP '' Indice di Penetrazione
per completare lo studio di penetrazione e punto di rammollimento si è riportata la seguente trattazione relativa all''indice di penetrazione, ovvero uno dei metodi tradizionali atti a valutare il grado di suscettibilità termica di un bitume. Il coefficiente viene ricavato da un calcolo matematico che coinvolge le due grandezze empiriche appena descritte ovvero Punto di Rammollimento e Penetrazione. Il calcolo si basa sull''assunto teorico che tutti i bitumi abbiano, in corrispondenza della temperatura riscontrata con la Palla Anello, una Penetrazione pari a 800 dm. Questa osservazione che era un tempo valida per la gran parte dei bitumi in circolazione, trova oggi numerose eccezioni con i bitumi prodotti con tecnologie diverse e greggi diversi. Si è provveduto tuttavia a scopo puramente scientifico al calcolo di questo indice e nello specifico è stata utilizzata la seguente formula:   20  500 50 1 dove il valore del parametro  si ricava dalla seguente relazione:   800  log 25°   25 38 In generale migliore è la consistenza del bitume, più elevato è il suo Indice di Penetrazione e ciò spiega gli elevati valori dei bitumi modificati con polimeri. I bitumi normali presentano indici mediamente compresi nell''intervallo -1,5/+1,5. Più i bitumi presentano un indice di penetrazione vicino allo 0 e minore è la loro suscettibilità termica. Come già accennato è preferibile una bassa suscettibilità affinché il legante possa essere utilizzato a varie condizioni climatiche. ' interessante sottolineare al riguardo che praticamente tutti i Capitolati d''Appalto richiedono per i bitumi stradali il rispetto di valori minimi dell''Indice di Penetrazione (Saleh, 2007). 2.2.7 Viscosità
La viscosità è definita come la resistenza alla deformazione di un fluido e si esprime attraverso il rapporto tra la tensione e il gradiente di deformazione. Se la tensione è prodotta da uno sforzo di taglio, il rapporto tra essa e il gradiente dello scorrimento si definisce Viscosità Dinamica, detta anche Viscosità Apparente:     ' abbastanza intuitivo associare la viscosità del bitume alla sua consistenza e quindi alle modifiche che essa subisce al variare della temperatura. ' opportuno osservare comunque che ogni bitume ha una sua curva temperatura-viscosità, il cui andamento è influenzato dalla natura stessa del bitume. Si è calcolata la viscosità misurando la coppia necessaria per mantenere costante la velocità di rotazione di un piccolo cilindro metallico all''interno di un campione di legante mantenuto a temperatura costante. In particolare è stato utilizzato un Viscosimetro Brookfield seguendo le indicazioni della norma UNI EN13302. Lo strumento (Figure 2.9 - 2.10) è caratterizzato da una parte inferiore fissa, all''interno della quale viene inserito un apposito contenitore cilindrico metallico di piccole dimensioni, riempito col bitume oggetto di studio, e una parte superiore rotante, alla quale viene collegato uno ''spindle' metallico. Questo viene inserito nel campione e, ruotando su se stesso, permetterà di identificare la resistenza opposta dal bitume stesso. Una delle caratteristiche di questo strumento è la possibilità di variare la temperatura. Infatti, data la risaputa sensibilità del bitume al calore è lecito pensare che un innalzamento della temperatura porti il bitume ad una maggiore fluidità fornendo meno resistenza alla rotazione dello spindle. L''operatore può quindi aumentare gradualmente la velocità in maniera consona all''aumento di temperatura. Nel caso in esame si sono esaminati inizialmente i campioni vergini. Successivamente si è scelto di studiare il comportamento del bitume schiumato alla temperatura più significativa, che si è ritenuta essere 160°C. Inoltre è stato tralasciato l''1% perché ritenuto meno significativo, concentrandosi sulle altre tre. Nella tabella sottostante sono riportati i valori di coppia decrescenti all''aumentare della temperatura, la quale è stata esaminata a partire da 90 sino a 180°C. ' importante fare un''osservazione prima di analizzare i dati: ovvero si sottolinea che la viscosità studiata non propriamente quella di un bitume schiumato ma quella di un bitume post-schiumatura. Infatti per valutare la viscosità del bitume che poi andrà a legarsi con l''aggregato sarebbe necessario valutarla subito dopo la spruzzatura, all''interno del secchio, con un viscosimetro portatile. Non disponendo di tale strumentazione si è utilizzato il classico viscosimetro brookfield. 39 Figura 2.9 - Viscosimetro Brookfield Figura 2.10 - Dettaglio spindle inserito (sinistra) e pannello di controllo (destra) 40 2.3 Prove Reologiche: Dynamic Shear Rheometer
Se si considera il comportamento visco-elastico del bitume, le semplici relazioni del bitume non sono più valide, di conseguenza l''espressione del modulo di taglio deve tener conto della componente viscosa. Per un materiale di questo tipo la relazione tra tensione e deformazione è definita da un modulo complesso, il quale, essendo un numero complesso, è dotato di una parte reale ed una immaginaria. Quella reale riassume la proprietà elastica, fornendo una misura del lavoro reversibile del materiale compiuto sotto l''azione di un carico generico, mentre quella immaginaria riassume le proprietà viscose responsabili del lavoro irreversibile. Il modulo complesso fa riferimento ad una sollecitazione normale sul campione di conglomerato bituminoso; imponendo al materiale uno sforzo di taglio si può definire un Modulo Complesso di Taglio. Al fine di calcolare il modulo complesso del solo bitume si è utilizzato il DSR (Figura 2.11): questo strumento ha lo scopo di misurare la deformazione in un campione di bitume conseguentemente all''applicazione di una coppia oscillante con frequenza di 1,59 Hz (10 rad/s). Nel dettaglio il DSR è in grado di calcolare il modulo complesso a taglio G* e l''angolo di fase δ. Il modulo può essere considerato come la resistenza del materiale alle ripetute sollecitazioni di taglio mentre l''angolo di fase è lo scostamento tra il momento di applicazione dello sforzo e il momento in cui avviene la deformazione; maggiore è l''angolo di fase, maggiore è la viscosità del bitume, in particolare con un angolo pari a 0° il materiale è ritenuto mentre se vale 90° corrisponde ad un materiale completamente viscoso. G* e δ sono, secondo le indicazioni Superpave, elementi rappresentanti le resistenze a fatica e all''ormaiamento. Nella vita utile della pavimentazione in età breve è presente prevalentemente il problema dell''ormaiamento mentre successivamente la resistenza a fatica diventa il problema principale. Per la prevenzione ala formazione di ormaie il bitume dovrebbe essere rigido ovvero deformarsi troppo, ed essere tendenzialmente elastico, in modo da tornare nelle condizioni originarie dopo lo scarico. Di conseguenza la componente elastica del modulo complesso /!" dovrebbe essere grande. Intuitivamente, più alto è il modulo più rigido è il bitume e, più basso è l''angolo di fase, maggiore è la componente elastica. Figura 2.11 - DSR 41 Un altro modo di studiare l''ormaiamento è quello legato al lavoro dissipato nella forma di una deformazione permanente durante i cicli di carico, di conseguenza, al fine di minimizzare la formazione di ormaie, dovrebbe essere minimizzato il lavoro dissipato ad ogni ciclo. Il lavoro dissipato è espresso con la seguente formula: #$  %&' ( 1  !" ) * Dove:
#$ = lavoro dissipato per ogni ciclo;  = sforzo applicato durante ogni ciclo;  = modulo complesso; " = angolo di fase.
Al fine di minimizzare il lavoro dissipato per ogni ciclo di carico, il parametro  ' !" dovrebbe essere massimizzato. Per quanto invece riguarda invece la resistenza a fatica, un bitume dovrebbe essere elastico ma non eccessivamente rigido. Dunque, la componente viscosa del modulo complesso ( !" dovrebbe essere minimo. Facendo anche qui un riferimento al lavoro dissipato durante i cicli di traffico parte della deformazione viene recuperata dalla risposta elastica della pavimentazione mentre una parte viene dissipata come deformazioni permanenti. Più basso è il valore di energia dissipata per ogni ciclo di carico più basso è lo stress a fatica subito dal bitume. Esperimento il lavoro dissipato con una formula: #$  %,&'-!". Dove:
#$ = lavoro dissipato per ogni ciclo; , = deformazione durante ogni ciclo;  = modulo complesso; " = angolo di fase.
Questa relazione tra il !" e il lavoro è più lieve rispetto al caso dell''ormaiamento, ad ogni modo al fine di minimizzare il valore del lavoro dissipativo è necessario minimizzare il parametro appena citato. Operativamente si pone una quantità standard di legante (ad una data temperatura) tra le due superfici piane; si applica una coppia oscillante (ad andamento sinusoidale) ad una delle superfici piane, per un numero determinato di cicli di carico. Si misura quindi l''angolo di fase δ e il modulo complesso G* del legante. Anche in questo caso si procede nella sperimentazione partendo da una temperatura relativamente bassa e aumentandola gradualmente. Lo strumento è ovviamente collegato ad un computer che attraverso un apposito software controlla il procedimento dando in risposta i valori richiesti in corrispondenza di diversi step termici. Il procedimento termina nel momento in cui sopraggiunge la rottura del bitume. In particolare per il calcolo di angolo di fase e modulo complesso vengono utilizzate rispettivamente le seguenti espressioni: 42   /012 012 "  '4 4 360 Il software utilizzato da in risposta due parametri espressi leggermente diversamente ovvero: G''= Elastic Modulus: corrisponde a 7 !" e rappresenta la componente elastica, è molto simile come valore al quello di resistenza all''ormaiamento. G''''= Viscous Modulus: analogo al valore di resistenza a fatica 43 CAPITOLO 3 ANALISI DEI RISULTATI In questo capitolo sono riportati tutti i risultati ottenuti relativi alla sperimentazione del bitume con appositi commenti supportati da grafici e tabelle. Per snellire la trattazione parecchie tabelle sono state inserite nell''appendice situata alla fine della trattazione. Si seguirà un ordine cronologico corrispondente alle operazioni eseguite fisicamente durante lo studio, di conseguenza il primo aspetto analizzato e quello della caratterizzazione del bitume schiumato ovvero descrivendo i risultati di espansione e semivita 3.1 Risultati sulla caratterizzazione del bitume schiumato
Come precedentemente riportato durante lo studio sono state analizzate diverse tipologie di bitume. In accordo con la letteratura si è prestata particolare attenzione a due parametri: espansione e semivita. La prima consiste nel massimo livello del secchio raggiunto dalla schiuma subito dopo l''operazione di spruzzatura; il valore è numerico e leggibile su di un''apposita asta metallica inserita verticalmente nel secchio. La semivita è l''intervallo temporale che intercorre dall''istante in cui l''espansione raggiunge il massimo valore all''istante in cui questo viene dimezzato. Va sottolineato che all''interno di questa descrizione sono sicuramente presenti delle imprecisioni dovute all''operatore, essendo la misura dell''espansione un''operazione completamente visiva; ne consegue che anche la misura della semivita è affetta da errori. Per cercare di ridurre al minimo questi ultimi si è usufruito è stata utilizzata una videocamera al fine di rivedere i filmati e eventualmente controllare, in un secondo momento, i dati. Nello studio in esame i parametri sopracitati sono stati calcolati per quattro temperature e per quattro percentuali d''acqua ciascuna; il tutto è stato opportunamente tabellato e sono stati realizzati dei grafici al riguardo. Questi sono di seguito riportati con relativi commenti. Si sottolinea che per ognuno dei casi in esame l''operazione di spruzzatura è stata ripetuta tre volte rilevando sempre i valori di espansione e semivita e sono stati poi successivamente utilizzati i valori medi. 44 3.1.1 Bitume A: Livorno
Iniziando con il bitume Livorno si sono rilevati i seguenti valor riportati in Tabella 3.1: LIVORNO T (°C) Wc (%) Exp HL (sec) 150 1 9 23 2 21 11 3 26 8 4 28 5 160 1 8 35 2 17 15 3 23 10 4 27 7 170 1 6 31 2 13 22 3 18 11 4 18 11 180 1 10 23 2 11 22 3 14 18 4 22 8 Tabella 3.1 '' Bitume Schiumato Livorno I grafici riportano l''andamento dei valori d''espansione e semivita al variare del contenuto d''acqua. ' immediato notare, nonostante la variazione della temperatura, un aumento dell''espansione legato all''aumento del contenuto d''acqua. Al contrario è riscontrabile un decremento dei valori di semivita. Infatti nel momento in cui la schiuma aumenta di volume diventa anche più instabile e di conseguenza collassa molto più rapidamente. Si è voluto anche confrontare fra di loro le curve di espansione/contenuto d''acqua e semivita/contenuto d''acqua (Figura 3.1-3.2). Figura 3.1 - Espansione Livorno 5 10 15 20 25 30 1 2 3 4 E sp a n si o n e Contenuto d'acqua (%) Espansione Livorno 150°C 160°C 170°C 180°C 45 Si osserva che tendenzialmente l''espansione diminuisce all''aumentare della temperatura. Unica eccezione per quanto riguarda i 180°C dove la diversa concavità causa delle intersezioni con gli altri andamenti. Figura 3.2 - Semivita Livorno La semivita presenta un comportamento inverso, infatti il suo valore cresce all''aumentare della temperatura. Fa eccezione anche qui l''andamento a 180°C, probabilmente perché a temperature elevate il legante ha un comportamento leggermente più irregolare. Si osserva anche il comportamento del legante espansione/semivita ed espansione/temperatura (Figure 3.3-3.4). Figura 3.3 - Livorno (Espansione/Semivita) 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 S e m iv it a ( se c) Contenuto d'acqua (%) Semivita Livorno 150°C 160°C 170°C 180°C 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 E sp a n si o n e Semivita (sec) Livorno 150°C 160°C 170°C 180°C 46 ' doveroso fare un''osservazione relativa a questo grafico. Secondo quanto riportato dal manuale Wirtgen (2012, Wirtgen Cold Recycling Technology), per considerare accettabile un bitume schiumato è necessario che abbia almeno 8 secondi di semivita ed un''espansione pari a 10, se la temperatura degli aggregati è fra 10 e 15°, 6 secondi di semivita e 8 di espansione se la temperatura degli aggregati è superiore a 15°. Di conseguenza, considerando la prima delle due categorie sopra indicate, è opportuno tracciare due linee parallele agli assi intersecanti questi nel valore di 8 secondi e espansione di 10, così da poter identificare un rettangolo. Le combinazioni che staranno all''interno di questo saranno accettabili, le altre no. Questa operazione è stata eseguita ed il risultato è riportato di seguito in forma tabellare in Tabella 3.2: il verde e il rosso, ovviamente, indicano se la combinazione è accettabile o meno. Si osserva che nel capitolato ANAS sono riportati valore differenti ( Espansione ' 20 e semivita ' 25 sec) di accettabilità ma si è deciso di seguire quelli del manuale Wirtgen in dotazione. LIVORNO 150°C 160°C 170°C 180°C 1% 2% 3% 4% Tabella 3.2 - Schiumatura accettabile Livorno Come si può osservare visivamente per il bitume Livorno quasi tutte le combinazioni danno una buona schiuma. Il grafico espansione/temperatura (Figura 3.4) è interessate poiché presenta chiaramente come all''aumentare della percentuale d''acqua, nonostante le diverse temperature, aumenti il valore di espansione. Figura 3.4 - Livorno (Espansione/Temperatura) 5 10 15 20 25 30 150 160 170 180 E sp a n si o n e Temperatura (°C) Livorno FWC 4% FWC 3% FWC 2% FWC 1% 47 3.1.2 Bitume B: Ravenna
Proseguendo lo studio con il bitume Ravenna (Tabella 3.3): RAVENNA T (°C) Wc (%) Exp HL (sec) 150 1 7 6 2 13 4 3 16 4 4 21 3 160 1 6 9 2 9 5 3 14 2 4 22 2 170 1 5 8 2 11 3 3 12 3 4 14 2 180 1 5 12 2 9 3 3 10 2 4 14 2 Tabella 3.3 - Bitume Schiumato Ravenna Analogamente a quanto osservato con il bitume Livorno, anche in questo caso, l''andamento dell''espansione è crescente con il contenuto d''acqua, viceversa per quello riguardante la semivita, che è decrescente. Osservando espansione/contenuto d''acqua e semivita/contenuto d''acqua (Figure 3.5 '' 3.6): Figura 3.5 - Ravenna (Espansione/Contenuto d'acqua) 0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 E sp a n si o n e Contenuto d'acqua (%) Espansione Ravenna 150°C 160°C 170°C 180°C 48 Si osserva che all''aumentare della temperatura, indipendentemente dal contenuto d''acqua, quasi tutti i valori di espansione decrescono, il che è in linea con quanto osservato per il Livorno. Figura 3.6 - Ravenna (Semivita/Contenuto d'acqua) In questo caso, invece, i grafici presentano un andamento sicuramente più irregolare, infatti l''andamento a 150°C, con l''1% d''acqua, sembra essere quello a semivita inferiore, mentre il discorso è inverso osservando il 4%. Al crescere della temperatura la situazione non migliora infatti sono presenti diverse intersezioni tra i vari andamenti. Osservando l''andamento espansione/semivita e espansione temperatura (Figura 3.7): Figura 3.7 - Ravenna (Espansione/Semivita) 0 2 4 6 8 10 12 14 1 2 3 4 S e m iv it a ( se c) Contenuto d'acqua (%) Semivita Ravenna 150°C 160°C 170°C 180°C 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 12 14 E sp a n si o n e Semivita (sec) Ravenna 150°C 160°C 170°C 180°C 49 Analogamente a quanto già fatto per il bitume Livorno ipotizziamo di realizzare due linee a 8 secondi e a 8 di espansione per identificare le combinazioni accettabili (Tabella 3.4). RAVENNA 150°C 160°C 170°C 180°C 1% 2% 3% 4% Tabella 3.4 - Schiumatura accettabile Ravenna ' visibile immediatamente come in nessun caso questo tipo di bitume sia utilizzabile per ottenere una buona schiuma. Sarà interessante osservare in seguito la differenza in seguito all''additivazione. Figura 3.8 - Ravenna (Espansione/Temperatura) In quest''ultimo grafico viene rispettato quanto già visto per il bitume Livorno, ovvero che all''aumentare del contenuto d''acqua, indipendentemente dalla temperatura, l''espansione presenta dei valori maggiori. 0 5 10 15 20 25 150 160 170 180 E sp a n si o n e Temperatura (°C) Ravenna FWC 4% FWC 3% FWC 2% FWC 1% 50 3.1.3 Bitume B.1: Ravenna con Additivo
Come riferito in precedenza il secondo ed il terzo tipo di bitume sono stati analizzati sia semplice che additivato. Per quanto riguarda l''additivo è stato usato il composto precedentemente descritto che è stato aggiunto al bitume vergine, prima della schiumatura, con quest''ultimo già a 150 gradi: è stata inserita una quantità irrisoria, pari allo 0.6%, ma notevole se si considera l''effetto ottenuto. Prima di passare ai valori numerici e ai risultati ottenuti si vuole fare un''osservazione puramente visiva. ' stata infatti riscontrata fin da subito una notevole differenza tra la schiuma ottenuta con e senza additivo. Basti pensare che ad elevate temperature come 170-180°C la schiuma additivata viene quasi gettata al di fuori del secchio, mentre in assenza di additivo raggiungeva al massimo la metà del secchio. Si sottolinea inoltre che il bitume additivato presentava una schiuma molto stabile, che manteneva un''espansione vicina alla massima per un minuto se non di più. Le stesse densità e fluidità del prodotto erano notevolmente diverse, denso e fluido il bitume semplice, molto schiumoso e di densità assolutamente inferiore quello additivato. Questa diversità oltre che visivamente è stata riscontrata anche in un''operazione semplice come il travaso del materiale dopo la schiumatura. Questa semplice descrizione può farci capire, fin da subito, l''importanza di aggiungere una lieve percentuale di additivo, al fine di ottenere una schiuma di notevole espansione e semivita molto lunga. Passando allo studio si riportano analogamente ai casi precedenti tabelle e grafici relativi (Tabella 3.5 e Figure 3.9 '' 3.10): RAVENNA + ADDITIVO T (°C) Wc (%) Exp HL (sec) 150 1 10 58 2 19 63 3 26 91 4 31 80 160 1 10 62 2 18 66 3 25 95 4 30 45 170 1 7 51 2 17 91 3 23 130 4 27 105 180 1 5 75 2 14 95 3 20 120 4 21 113 Tabella 3.5 - Bitume Schiumato Ravenna + Additivo 51 In questo caso è possibile osservare un comportamento analogo per quanto riguarda l''espansione, la quale ha un andamento nuovamente crescente all''aumentare del contenuto d''acqua. Va notato invece un comportamento diverso dai casi precedenti per quanto concerne la semivita, dato che presenta un andamento crescente con una sorta di picco verso i 170°C. ' opportuno sottolineare che i valori di semivita rilevati sono di gran lunga maggiori di quelli relativi al caso senza additivo, la schiuma è infatti molto più stabile tanto da richiedere mediamente più di un minuto per collassare, contro i pochi secondi del bitume precedentemente studiato. Al solito si osservano i grafici espansione/contenuto d''acqua e semivita/contenuto d''acqua (Figure 3.9 '' 3.10). Figura 3.9 - Ravenna + Add (Espansione/Contenuto d'Acqua) Viene rispettata una diminuzione del valore di espansione all''aumentare della temperatura, per ognuno dei contenuti d''acqua osservati. Figura 3.10 - Ravenna + Add (Semivita/Contenuto d'Acqua) 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 E sp a n si o n e Contenuto d'acqua (%) Espansione Ravenna + Add 150°C 160°C 170°C 180°C 40 60 80 100 120 140 1 2 3 4 S e m iv it a ( se c) Contenuto d'acqua (%) Semivita Ravenna + Add 150°C 160°C 170°C 180°C 52 In questo grafico non è riscontrabile una chiara chiave di lettura dato che le curve tendono ad intersecarsi più volte. Si sottolinea, come già citato precedentemente, che le semivite sono tutte molto lunghe a causa della stabilità che l''additivo conferisce alla schiuma. Si riporta il grafico espansione/semivita ed espansione/temperatura (Figura 3.11): Figura 3.11 - Ravenna + Add (Espansione/Semivita) I grafici presentano un andamento simile fra di loro, profondamente diverso dagli analoghi realizzati per i bitumi Livorno e Ravenna. Interessante osservare che tutti e quattro presentano un picco nei valori di semivita in prossimità del 2 %. Come citato inizialmente le semivite sono decisamente maggiori di quelle riscontrate per il Ravenna senza additivo. Ad esempio all''1% è aumentata del 1000%, dieci volte il valore senza additivo, invece al 3 % si è riscontrato l''aumento più considerevole (visibile anche il picco nel grafico), che si aggira attorno alle 30 volte per raggiungere addirittura un aumento di 48 volte a 170°C. Identificando ora le combinazioni accettabili si nota come l''iniziale effetto visivo di una migliore schiuma sia rispecchiato da un numero maggiore di combinazioni accettabili. Infatti basti pensare che il Ravenna aveva una tabellina completamente rossa e invece ora, in seguito all''additivazione (Tabella 3.6). 0 5 10 15 20 25 30 35 40 60 80 100 120 140 E sp a n si o n e Semivita (sec) Ravenna + Add 150°C 160°C 170°C 180°C 53 RAV + ADD 150°C 160°C 170°C 180°C 1% 2% 3% 4% Tabella 3.6 - Combinazioni accettabili Ravenna + Additivo Figura 3.12 - Ravenna + Add (Espansione/Temperatura) Analogamente ai casi precedenti si osserva un aumento del valore di espansione all''aumentare del contenuto d''acqua (Figura 3.12), per ogni valore di temperatura. Si può quindi affermare che, in generale, aumentare il contenuto d''acqua provoca un aumento significativo dell''espansione raggiunta dalla schiuma. Dopo tre di questi grafici è stato osservato anche un altro aspetto, ovvero che tutte le curve hanno un andamento decrescente all''aumentare della temperatura. 0 5 10 15 20 25 30 35 150 160 170 180 E sp a n si o n e Temperatura (°C) Ravenna + Add FWC 4% FWC 3% FWC 2% FWC 1% 54 3.1.4 Bitume C: Mantova
Il terzo bitume analizzato ha presentato una notevole differenza con il Ravenna. Mentre il bitume analizzato in precedenza presentava una notevole differenza con e senza additivo, in questo caso questa non è così evidente. Infatti il bitume Mantova presenta delle buone capacità schiumanti anche in assenza di additivo tanto da non risentire, a livello di espansione, dell''additivazione. Per quanto riguarda invece la semivita l''additivo conferisce alla schiuma una buona stabilità ed una durata maggiore della semivita. Queste osservazioni preliminari sono osservabili nei grafici successivi (Tabella 3.7). MANTOVA FWC (%) Exp HL (sec) 150°C 1 8 72 2 20 42 3 27 44 4 34 35 160°C 1 9 90 2 17 49 3 26 57 4 32 45 170°C 1 6 61 2 16 46 3 22 60 4 25 42 180°C 1 4 85 2 12 150 3 20 125 4 26 96 Tabella 3.7 - Bitume Schiumato Mantova Dall''analisi di questi dati si può già osservare come siano elevate le semivite nonostante il bitume sia senza additivo, infatti si osserva un minimo di 35 secondi quando con il Ravenna erano state riscontrate semivite di 3-4 secondi. 55 Come con i bitumi precedenti si riportano altri grafici per ulteriori analisi: di seguito l''andamento espansione/contenuto d''acqua (Figura 3.13 '' 3.14). Figura 3.13 - Mantova (Espansione/Contenuto d'acqua) Si osserva un andamento analogo a quello dei bitumi precedentemente studiati ovvero una diminuzione dell''espansione all''aumentare della temperatura indipendentemente dal contenuto d''acqua. Nel grafico, ad essere onesti, sono presenti due intersezioni che tuttavia producono differenze di espansioni dell''ordine di una unità e di conseguenza ritenute irrilevanti. Osservando l''andamento semivita/contenuto d''acqua. Figura 3.14 - Mantova (semivita/contenuto d'acqua) 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 E sp a n si o n e Contenuto d'acqua (%) Espansione Mantova 150°C 160°C 170°C 180°C 20 40 60 80 100 120 140 160 1 2 3 4 S e m iv it a ( se c) Contenuto d'acqua (%) Semivita Mantova 150°C 160°C 170°C 180°C 56 In questo grafico è interessante osservare come la curva relativa ai 180°C si discosti nettamente dalle tre precedenti. Infatti presenta una semivita addirittura triplicata al 2%. Questa peculiarità è visibile anche sotto nel classico grafico espansione/semivita (Figura 3.15) dove la curva viola risulta nuovamente molto distante dalle altre. La diversità non sta solo nei valori ma anche nell''andamento. Figura 3.15 - Mantova (espansione/semivita) Volendo osservare le combinazioni accettabili realizzando la già citata tabella si ha nuovamente la conferma di come questo bitume sia in grado di realizzare una buona schiuma anche in assenza di additivo. Infatti sono solo due le caselle rosse, oltretutto all''1%, dove l''effetto della schiuma è minimo (Tabella 3.8). MANTOVA 150°C 160°C 170°C 180°C 1% 2% 3% 4% Tabella 3.8 - Combinazioni accettabili Mantova 0 5 10 15 20 25 30 35 20 40 60 80 100 120 140 160 E sp a n si o n e Semivita (sec) Mantova 150°C 160°C 170°C 180°C 57 L''andamento espansione/temperatura sotto riportato in Figura 3.16 è analogo a quello dei casi precedenti: Figura 3.16 - Mantova (espansione/temperatura) 3.1.5 Bitume C.1: Mantova con additivo
Si riportano velocemente i valori rilevati (Tabella 3.9 '' 3.10, Figure 3.17 '' 3.18 '' 3.19): MANTOVA + ADD FWC (%) Exp HL (sec) 150°C 1 10 210 2 21 105 3 32 70 4 32 60 160°C 1 6 195 2 18 138 3 26 153 4 33 101 170°C 1 8 185 2 17 145 3 22 210 4 24 150 180°C 1 6 135 2 12 215 3 19 188 4 23 169 Tabella 3.9 - Bitume Schiumato Mantova + Additivo 0 5 10 15 20 25 30 35 150 160 170 180 E sp a n si o n e Temperatura (°C) Mantova FWC 4% FWC 3% FWC 2% FWC 1% 58 Figura 3.17 - Mantova + Add (espansione/contenuto d'acqua) Si ritrova un andamento pressoché analogo ai casi precedenti a differenza di una intersezione dovuta ad un''espansione bassa del 1% a 160°C. Figura 3.18 - Mantova + Add (semivita/contenuto d'acqua) 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 E sp a n si o n e Contenuto d'acqua (%) Espansione Mantova + Add 150°C 160°C 170°C 180°C 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 1 2 3 4 S e m iv it a ( se c) Contenuto d'acqua (%) Semivita Mantova + Add 150°C 160°C 170°C 180°C 59 Figura 3.19 - Mantova + Add (espansione/semivita) MAN + ADD 150°C 160°C 170°C 180°C 1% 2% 3% 4% Tabella 3.10 - Combinazioni accettabili Mantova + Add Si osserva come non ci siano state grandi variazioni in seguito all''uso dell''additivo, se non per quanto concerne un aumento della semivita. Inoltre visto il valore così elevato di quest''ultima lo si può quasi assumere come costante. In generale è comunque palese come l''additivo non abbia lo stesso effetto su ogni bitume; infatti, viste le capacità schiumanti senza additivazione del Mantova ci si aspettava una schiumatura esagerata in seguito all''uso dell''additivo, convinti che questo ne avrebbe accresciuto l''espansione. Invece questa è rimasta pressoché invariata, non è aumentata ma anzi in alcuni casi è addirittura leggermente diminuita andando contro le aspettative. Si riporta per completezza anche in questo caso (Figura 3.20) qui l''andamento espansione/temperatura che presenta un comportamento molto simile a quello dei bitumi precedentemente analizzati. 5 10 15 20 25 30 35 50 100 150 200 250 E sp a n si o n e Semivita (sec) Mantova + Add 150°C 160°C 170°C 180°C 60 Figura 3.20 - Mantova + Add (espansione/temperatura) A fianco (Figura 3.21) è riportata un''immagine tratta da un articolo di Kim e Lee del 2006 in cui sostanzialmente viene riportano uno studio simile a quello che si sta conducendo in questa sede, nel quale si ha un riscontro positivo del fatto che aumentando il contenuto d''acqua aumenta il valore di espansione e diminuisce il valore di semivita. Figura 3.21 - Espansione/Semivita (Kim and Lee, 2006) 5 10 15 20 25 30 35 150 160 170 180 E sp a n si o n e Temperatura (°C) Mantova + Add FWC 4% FWC 3% FWC 2% FWC 1% 61 Si è ritenuto opportuno, a questo punto della trattazione, confrontare fra loro i 5 bitumi presi in considerazione realizzando una tabella complessiva e un grafico che confronta i leganti alla temperatura di 160°C (Tabella 3.11 '' 3.12; si sono usate due tabelle per la rappresentazione per rendere il concetto ben visibile all''interno della pagina). Si sottolinea che è stata scelta la seguente temperatura sia perché risulta essere dalla letteratura una buona condizione alla quale schiumare sia perché dai nostri risultati, analitici e visivi, il bitume presentava un buon comportamento ed una buona schiuma. ' giusto evidenziare che, essendo una tecnica di riciclo a freddo, più la temperatura è bassa e meglio è, di conseguenza quando un bitume presenta buone capacità schiumanti già a 150-160°C risulta inutile spingersi a temperature più elevate. LIVORNO RAVENNA RAVENNA + ADD T (°C) FWC (%) Exp HL (sec) Exp HL (sec) Exp HL (sec) 150 1 9 23 7 6 10 58 2 21 11 13 4 19 63 3 26 8 16 4 26 91 4 28 5 21 3 31 80 160 1 8 35 6 9 10 62 2 17 15 9 5 18 66 3 23 10 14 2 25 95 4 27 7 22 2 30 45 170 1 6 31 5 8 7 51 2 13 22 11 3 17 91 3 18 11 12 3 23 130 4 18 11 14 2 27 105 180 1 10 23 5 12 5 75 2 11 22 9 3 14 95 3 14 18 10 2 20 120 4 22 8 14 2 21 113 Tabella 3.11 - Confronto bitumi ½ 62 Tabella 3.12 '' Confornto bitumi 2/2 Figura 3.22 - Confronto bitumi a 160°C Dal grafico in Figura 3.22 si può osservare come il bitume peggiore, come già detto in precedenza, sia il Ravenna e come i migliori siano il Ravenna con additivo e i due Mantova. Si nota inoltre come, a conferma di quanto detto le espansioni del Mantova, con e senza additivo, siano pressoché analoghe. Infine è lampante come sia influente la presenza di additivo su entrambi i bitumi a cui è stato applicato. Infatti la linea tratteggiata si allontana in modo marcato dalla continua del medesimo colore. 5 10 15 20 25 30 35 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 E sp a n si o n e Semivita (sec) Livorno
Ravenna
Ravenna + Add
Mantova
Mantova + add 2% 3% 4% 4% 3% 4% 2% 2% 1% 4% 2% 2% 4% 3% 1% 1% 1% 1% 3% 3% MANTOVA MANTOVA + ADD T (°C) FWC (%) Exp HL (sec) Exp HL (sec) 150 1 8 72 10 210 2 20 42 21 105 3 27 44 32 70 4 34 35 32 60 160 1 9 90 6 195 2 17 49 18 138 3 26 57 26 153 4 32 45 33 101 170 1 6 61 8 185 2 16 46 17 145 3 22 60 22 210 4 25 42 24 150 180 1 4 85 6 135 2 12 150 12 215 3 20 125 19 188 4 26 96 23 169 63 3.2 Evaporazione
Si sono riscontrate variazioni al massimo del decimo di grammo, ovvero una percentuale irrisoria tanto da poter assumere che una volta schiumato il bitume mantiene un peso identico e quindi un identico contenuto d''acqua. Infatti un decimo di grammo è imputabile anche ad una imprecisione dello strumento (± 0.3 gr). Essendo inutile appesantire la trattazione con tutte le tabelle relative si è riportato solo il risultato finale rimandando in Appendice l''eventuale consultazione dei valori numerici. 3.3 Raffreddamento post spruzzatura
Come descritto precedentemente questa operazione ha riguardato solo il bitume Mantova e Mantova + Additivo e si riportano di seguito gli andamenti grafici, (Figura 3.23 '' 3.24). Figura 3.23 - Mantova - Temperatura di Raffreddamento Figura 3.24 - Mantova + Additivo - Temperatura di Raffreddamento 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Te m p e ra tu ra ( °C ) Tempo post-spruzzatura (min) MANTOVA 150°C 2% 150°C 4% 160°C 2% 160°C 4% 180°C 2% 180°C 4% 150°C 2% LT 150°C 4% LT 160°C 2% LT 160°C 4% LT 180°C 2% LT 180°C 4% LT 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Te m p e ra tu ra ( °C ) Tempo post-spruzzatura (min) MANTOVA + ADD 150°C 2% 150°C 4% 180°C 2% 180°C 4% 150°C 2% LT 150°C 4% LT 180°C 2% LT 180°C 4% LT 64 Si nota che in linea di massima la temperatura superficiale è nettamente più bassa rispetto a quella impostata nella macchina, compresa tra i 100 e 110°C; per ovvi motivi è più alta, intorno ai 120°C quella del bitume schiumato a 180°C. L''andamento decrescente della temperatura è sostanzialmente analogo nei vari campioni, sia con che senza additivo, infatti è riscontrabile un dimezzamento della temperatura già dopo 10-15 minuti per poi stabilizzarsi dopo mezz''ora circa alla temperatura ambiente. ' interessante osservare la differenza tra la schiuma a 180°C al 2% e quella al 4%. Infatti mentre al 2% la curva si trova in alto, come è ragionevole ipotizzare, quella al 4% presenta una temperatura inferiore. In realtà questa differenza è solo a livello di misurazione, infatti il termometro laser rileva la temperatura superficiale e realizzando il bitume una schiuma nettamente maggiore al 4%, si misura la temperatura delle bolle più esterne e non propriamente quella del bitume all''interno del secchio. ' stato rilevato uno strano innalzamento della temperatura di anche dieci gradi nei primi due minuti, dovuto in realtà alla diminuzione di voluminosità della schiuma e quindi ad una percezione migliore del bitume all''interno del secchio. 3.4 Effetto della schiumatura nei bitumi
Nel seguente paragrafo si analizzano nel dettaglio le prove eseguite in laboratorio sui campioni di bitume conservati dopo la schiumatura. 3.4.1 Penetrazione
Sono sotto riportati inizialmente i valori medi di penetrazione del primo bitume analizzato: Livorno 70/100. Con il legante allo stato vergine è stata riscontrata una penetrazione di 165dm. A seguito dell''operazione di schiumatura si riporta la tabella 3.13 riassuntiva: LIVORNO Vergine: Pen=165 dmm ; SD=15 150°C 160°C 170°C 180°C FWC (%) Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD 1 145 6 134 14 144 30 147 9 2 156 19 125 10 91 5 122 5 3 165 31 124 2 110 1 136 5 4 132 1 113 12 130 19 166 17 Tabella 3.13 - Livorno - Penetrazione Si osserva subito che non è stata rispettata la previsione fatta per il bitume Livorno vergine in quanto anche in assenza di acqua si è riscontrata una profondità superiore a 100 dm. Si sospetta infatti la presenza di cere o qualche sorta di additivo in questo bitume. Nella tabella il valore medio è stato scelto facendo una media delle misure fatte. Va evidenziato che poter giungere ad una conoscenza chimica precisa e corretta del bitume sono necessarie ulteriori indagini. La prova di penetrazione va eseguita tre volte e va successivamente preso in considerazione il valore medio, tuttavia, essendo nel caso in analisi stati rilevate misurazioni molto diverse fra di loro, addirittura di 5-6 mm, si è ritenuto opportuno aumentare il numero di misurazioni a 5. Di queste è stata fatta la media ed è stata calcolata la deviazione standard. Come in precedenza si è deciso di 65 rappresentare i dati in forma grafica per una comprensione più immediata, per rappresentare la deviazione standard si sono applicate ai singoli punti le barre di errore (Figure 3.35 '' 3.26 '' 3.27 '' 3.28). Figura 3.25 - Livorno Vergine e 150°C '' Penetrazione Figura 3.26 - Livorno 160°C - Penetrazione 120 130 140 150 160 170 180 190 200 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Livorno Liv Vergine Liv 150°C 1% Liv 150°C 2% Liv 150°C 3% Liv 150°C 4% 100 110 120 130 140 150 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Livorno Liv 160°C 1% Liv 160°C 2% Liv 160°C 3% Liv 160°C 4% 66 Figura 3.27 - Livorno 170°C '' Penetrazione Figura 3.28 - Livorno 180°C - Penetrazione Sulla base di questi grafici si osserva che non è presente un trend chiaro che segua l''aumento di temperatura oppure del contenuto d''acqua. ' inoltre notevole misurabile la differenza tra un campione e l''altro, tanto che la deviazione standard oscilla notevolmente. Si introduce a questo punto un''osservazione che verrà ripresa più avanti ovvero che la presenza di bolle dovute alla schiumatura alteri pesantemente la penetrazione; infatti l''ago penetrando nello stesso campione ma in punti distanti solo un centimetro può incontrare uno strano sottostante privo di bolle oppure no, trovando così una maggiore o minore difficoltà. 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Livorno Liv 170°C 1% Liv 170°C 2% Liv 170°C 3% Liv 170°C 4% 100 120 140 160 180 200 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Livorno Liv 180°C 1% Liv 180°C 2% Liv 180°C 3% Liv 180°C 4% 67 Proseguendo lo studio con il secondo bitume si è riscontrata una penetrazione in condizioni vergini di 73 dmm, per cui in questa circostanza viene rispettato quanto indicato dalle proprietà del legante stesso. Per l''analisi dei dati si fa riferimento alla Tabella 3.14 e alle Figure da 3.29 a 3.33. RAVENNA Vergine: Pen=73 dm ; SD=5 150°C 160°C 170°C 180°C FWC (%) Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD 1 91 4 97 3 95 23 74 4 2 88 8 100 5 79 29 79 4 3 90 5 107 10 96 5 75 6 4 82 4 88 13 92 5 84 5 Tabella 3.14 - Ravenna - Penetrazione Come nel caso precedente riportiamo i grafici riportanti valore medio e deviazione standard. Figura 3.29 - Ravenna - Penetrazione Vergine e 150°C 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna Rav Vergine Rav 150°C 1% Rav 150°C 2% Rav 150°C 3% Rav 150°C 4% 68 Figura 3.30 - Ravenna - Penetrazione 160°C Figura 3.31 - Ravenna - Penetrazione 170°C 70 80 90 100 110 120 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna Rav 160°C 1% Rav 160°C 2% Rav 160°C 3% Rav 160°C 4% 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna Rav 170°C 1% Rav 170°C 2% Rav 170°C 3% Rav 170°C 4% 69 Figura 3.32 - Ravenna - Penetrazione 180°C Si può osservare che mentre il bitume vergine ha un comportamento coerente con le sue proprietà, rispettando la categoria 70/100, il bitume post-schiumatura presenta nuovamente valori variabili sia di penetrazione che di deviazione standard tra un caso e l''altro. Se per il Livorno si poteva ipotizzare che il bitume contenesse cere od altro che ne alteravano il comportamento, in questo caso il bitume non presenta nessuna irregolarità allo stato vergine, di conseguenza pare che questa alta variabilità dei valori della penetrazione sia imputabile alle bolle derivanti dalla schiumatura. Dopo l''aggiunta dell''additivo schiumante è stata riscontrata una penetrazione di 104 dmm per cui al limite del range 70/100 del bitume. In seguito alla schiumatura sono stati rilevati i seguenti valori (Tabella 3.15, Figure 3.33 '' 3.34 '' 3.35 - 3.36): RAVENNA + ADD Vergine: Pen=104 dm ; SD=6 150°C 160°C 170°C 180°C FWC (%) Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD 1 90 9 75 16 91 22 130 21 2 101 22 72 28 86 18 132 20 3 76 26 136 31 129 47 79 17 4 67 8 101 34 94 11 95 22 Tabella 3.15 - Ravenna + Add - Penetrazione 65 70 75 80 85 90 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna Rav 180°C 1% Rav 180°C 2% Rav 180°C 3% Rav 180°C 4% 70 Figura 3.33 - Ravenna + Add - Penetrazione Vergine e 150°C Figura 3.34 - Ravenna + Add - Penetrazione 160°C 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna + Add Rav Vergine + Add Rav + Add 150°C 1% Rav + Add 150°C 2% Rav + Add 150°C 3% Rav + Add 150°C 4% 40 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna + Add Rav + Add 160°C 1% Rav + Add 160°C 2% Rav + Add 160°C 3% Rav + Add 160°C 4% 71 Figura 3.35 - Ravenna + Add - Penetrazione 170°C Figura 3.36 - Ravenna + Add - Penetrazione 180°C Non è riscontrabile niente di diverso se non che anche nel caso vergine + additivo aumenta notevolmente il valore di penetrazione, passando da un limite all''altro del range 70/100. Per il resto rispecchia l''aleatorietà dei casi precedenti. Si riportano di seguito (Tabelle 3.16 '' 3.17 e Figure da 3.37 a 3.44), per completezza i valori relativi anche al Mantova senza e con additivo. 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna + Add Rav + Add 170°C 1% Rav + Add 170°C 2% Rav + Add 170°C 3% Rav + Add 170°C 4% 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Ravenna + Add Rav + Add 180°C 1% Rav + Add 180°C 2% Rav + Add 180°C 3% Rav + Add 180°C 4% 72 MANTOVA Vergine: Pen=86 dm ; SD=13 150°C 160°C 170°C 180°C FWC (%) Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD 1 109 26 114 38 95 8 68 13 2 101 13 53 31 101 31 71 9 3 88 49 102 23 72 25 62 12 4 99 37 78 24 109 18 62 12 Tabella 3.16 - Mantova '' Penetrazione Figura 3.37 - Mantova - Penetrazione Vergine e 150°C Figura 3.38 - Mantova - Penetrazione 160°C 20 40 60 80 100 120 140 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova Man Vergine Man 150°C 1% Man 150°C 2% Man 150°C 3% Man 150°C 4% 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova Man 160°C 1% Man 160°C 2% Man 160°C 3% Man 160°C 4% 73 Figura 3.39 - Mantova - Penetrazione 170°C Figura 3.40 - Mantova - Penetrazione 180°C MANTOVA + ADD Vergine: Pen=130 dm ; SD=22 150°C 160°C 170°C 180°C FWC (%) Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD Pen(dm) SD 1 116 25 96 5 72 5 46 8 2 90 34 103 7 79 11 64 15 3 80 12 76 10 77 8 54 16 4 100 26 94 14 63 10 67 21 Tabella 3.17 - Mantova + Add - Penetrazione 40 60 80 100 120 140 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova Man 170°C 1% Man 170°C 2% Man 170°C 3% Man 170°C 4% 45 55 65 75 85 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova Man 180°C 1% Man 180°C 2% Man 180°C 3% Man 180°C 4% 74 Figura 3.41 - Mantova + Add - Penetrazione Vergine e 150°C Figura 3.42 - Mantova + Add - Penetrazione 160°C 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova + Add Man Vergine + Add Man + Add 150°C 1% Man + Add 150°C 2% Man + Add 150°C 3% Man + Add 150°C 4% 60 70 80 90 100 110 120 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova + Add Man + Add 160°C 1% Man + Add 160°C 2% Man + Add 160°C 3% Man + Add 160°C 4% 75 Figura 3.43 - Mantova + Add - Penetrazione 170°C Figura 3.44 - Mantova + Add - Penetrazione 180°C Per quanto riguarda il Mantova si può sottolineare che il vergine rispetta le proprietà essendo nel range 70/100 mentre dopo l''attivazione non più. Si ribadisce la variabilità dei valori dei singoli campioni. A questo punto considerando i 5 casi studiati si reputa opportuno fare alcune osservazioni: -principalmente, come sopra descritto, nel caso del bitume Livorno non è rispettata la classe di appartenenza 70/100. Una situazione di questo tipo può essere imputata solo ad un intervento sul bitume anteriormente alla sperimentazione: come ad esempio la presenza di cere o altro che possono averne alterato le proprietà. 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova + Add Man + Add 170°C 1% Man + Add 170°C 2% Man + Add 170°C 3% Man + Add 170°C 4% 30 40 50 60 70 80 90 0 1 2 3 4 P e n e tr a zi o n e ( d m ) Contenuto d'acqua (%) Mantova + Add Man + Add 180°C 1% Man + Add 180°C 2% Man + Add 180°C 3% Man + Add 180°C 4% 76 -per quanto concerne tutti i bitumi, sia additivati che non, è evidente una certa irregolarità nei valori rilevati. Infatti variando di un solo punto percentuale il contenuto d''acqua, può cambiare anche di 60 dmm il valore di penetrazione. Questo è imputabile al fatto che la presenza di bolle d''aria e acqua, al di sotto della superficie, che rendono lo strato di bitume più incline ad essere attraversato dall''ago. Non è inoltre chiaro che influenza abbia la variazione di temperatura, perché in alcuni casi un aumento termico sembrerebbe aumentare il valore di penetrazione raggiunto dall''ago, rammollendo così il bitume; in altri casi è invece l''opposto dove il bitume sembra indurirsi in concomitanza con l''aumento di temperatura. il Mantova a 150°C, 3% di contenuto d''acqua presenta addirittura una deviazione standard di 10 mm. -l''additivo in entrambi i casi in cui è stato utilizzato ha provocato un aumento notevole della penetrazione sul bitume vergine portando quindi a supporre che il suo utilizzo abbia la conseguenza il rammollimento del bitume. Concludendo quest''ampio discorso sulla penetrazione sembra ragionevole concludere che prove di penetrazioni su un bitume schiumato siano irrilevanti poiché in tutti i casi analizzati i valori oscillano in modo notevole, anche di parecchi millimetri, tra una misura e la successiva sul medesimo campione. Se si osservano i cinque bitumi vergine in nessun caso è presente una deviazione superiore ai due millimetri di conseguenza si ritiene che la schiumatura del bitume provochi la formazione di bolle che permanendo nel bitume alterano la misurazione della penetrazione. 3.4.2 Punto di Rammollimento
Per quanto riguarda lo studio in esame si è scelto di realizzare le palle anello di tutti i Vergini, di tutti i campioni a 180°C, degli 1% e 4% alle altre temperature. In aggiunga sono state realizzati alcuni campioni random dei 2% e 3% mancanti. ' di seguito riportata una tabella riassuntiva di tutti i punti di rammollimento calcolati con il metodo della palla anello. Si è potuto osservare che: -il Punto di Rammollimento del Livorno Vergine è a 40°C. Negli altri campioni di Livorno si rilevano 43°C e 44°C. Si potrebbe ipotizzare che l''operazione di schiumatura provochi un innalzamento del punto di rammollimento. -il Punto di Rammollimento del Ravenna Vergine è a 46°C. Nonostante la schiumatura non è riscontrabile una grossa differenza, infatti si rilevano al massimo due gradi di differenza tra la condizione iniziale e i 48°C rilevati nel caso di schiumatura dell''1% a 160°C. Si sottolinea che questa è l''unica misura discostante di due gradi dal caso vergine e, escludendo quest''unica eccezione, tutti gli altri valori oscillano di un grado, ovvero fra 46 e 47°C. La normativa sulla Palla Anello afferma che le temperature alle quali le palline di destra e sinistra toccano la piastra metallica devono variare al massimo un grado. Questo è proprio il valore di tolleranza tipico che permette quindi di affermare che, ad eccezione di un caso isolato, il bitume Ravenna non risente di variazioni del suo Punto di Rammollimento successivamente all''operazione di schiumatura. -dopo l''aggiunta dell''additivo il punto cercato varia maggiormente ma sempre in modo contenuto, trattasi infatti di tre gradi, da un massimo di 47 ad un minimo di 44°C. Se si considera che 47°C sono 77 stati rilevati in un solo caso (2% 150°C) si può affermare che il bitume Ravenna additivato ha un Punto di Rammollimento di 46°C, che si abbassa lievemente all''aumentare della temperatura tant''è che la concentrazione di rilievi a 45 e 44°C è relativa al bitume schiumato a 170 e 180°C. Nonostante questo piccolo abbassamento si può comunque riportare che il Punto di Rammollimento rimane pressoché analogo nonostante le operazioni di schiumatura e additivazione. -il Mantova ha una variazione leggermente superiore ma comunque contenuta. Dopo l''additivazione questo bitume non presenta un abbassamento come per il Ravenna, infatti si ottengono alcuni valori simili. -si può osservare che in entrambi i casi l''additivazione provoca un abbassamento di un grado del punto cercato, se pur comunque si ribadisce che un grado di differenza non è ritenuto un valore da prendere molto in considerazione. Si riportano i valori numerici ottenuti attraverso dei grafici (Figure 3.45 '' 3.46 '' 3.47): Figura 3.45 - Palla Anello - Livorno 43 44 43 43 43 40 38 40 42 44 46 Temperatura (°C) Palla Anello - Livorno LIVORNO VERGINE LIVORNO 160° 4% LIVORNO 180° 4% LIVORNO 180° 3% LIVORNO 180° 2% LIVORNO 180° 1% 78 Figura 3.46 - Palla Anello - Ravenna 46 46 47 47 46 47 46 48 47 47 46 46 46 44 44 45 45 45 44 46 45 46 47 45 46 45 42 43 44 45 46 47 48 49 Temperatura (°C) Palla Anello - Ravenna RAVENNA ADDITIVATO VERGINE RAVENNA ADDITIVATO 150° 4% RAVENNA ADDITIVATO 150° 3% RAVENNA ADDITIVATO 150° 2% RAVENNA ADDITIVATO 150° 1% RAVENNA ADDITIVATO 160° 4% RAVENNA ADDITIVATO 160° 1% RAVENNA ADDITIVATO 170° 4% RAVENNA ADDITIVATO 170° 1% RAVENNA ADDITIVATO 180° 4% RAVENNA ADDITIVATO 180° 3% RAVENNA ADDITIVATO 180° 2% RAVENNA ADDITIVATO 180° 1% RAVENNA VERGINE RAVENNA 150° 4% RAVENNA 150° 2% RAVENNA 150° 1% RAVENNA 160° 4% RAVENNA 160° 1% RAVENNA 170° 4% RAVENNA 170° 3% RAVENNA 170° 1% RAVENNA 180° 4% RAVENNA 180° 3% RAVENNA 180° 2% RAVENNA 180° 1% 79 Figura 3.47 - Palla Anello - Mantova Si può concludere, dopo avere analizzato i dati, che il punto di rammollimento del bitume, presentando valori molto simili nel caso vergine e in quello schiumato, non risente dell''operazione di schiumatura. 48 47 46 48 48 48 46 47 46 47 47 46 45 46 46 45 47 47 44 46 46 45 42 43 44 45 46 47 48 49 Temperatura (°C) Palla Anello - Mantova MANTOVA ADDITIVATO VERGINE MANTOVA ADDITIVATO 150° 4% MANTOVA ADDITIVATO 150° 1% MANTOVA ADDITIVATO 160° 4% MANTOVA ADDITIVATO 160° 1% MANTOVA ADDITIVATO 170° 4% MANTOVA ADDITIVATO 170° 1% MANTOVA ADDITIVATO 180° 4% MANTOVA ADDITIVATO 180° 3% MANTOVA ADDITIVATO 180° 2% MANTOVA ADDITIVATO 180° 1% MANTOVA VERGINE MANTOVA 150° 4% MANTOVA 150° 1% MANTOVA 160° 4% MANTOVA 160° 1% MANTOVA 170° 4% MANTOVA 170° 1% MANTOVA 180° 4% MANTOVA 180° 3% MANTOVA 180° 2% MANTOVA 180° 1% 80 3.4.3 IP '' Indice di Penetrazione
Nel caso in esame sono stati riscontrati i seguenti valori rappresentati sotto forma di istogramma nelle Figure da 3.48 a 3.52 riportate qui di seguito: Figura 3.48 - IP - Livorno Figura 3.49 - IP - Ravenna LIVORNO 180° 1% LIVORNO 180° 2% LIVORNO 180° 3% LIVORNO 180° 4% LIVORNO 160° 4% LIVORNO VERGINE -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 IP Livorno R A V E N N A 1 8 0 ° 1 % R A V E N N A 1 8 0 ° 2 % R A V E N N A 1 8 0 ° 3 % R A V E N N A 1 8 0 ° 4 % R A V E N N A 1 7 0 ° 1 % R A V E N N A 1 7 0 ° 3 % R A V E N N A 1 7 0 ° 4 % R A V E N N A 1 6 0 ° 1 % R A V E N N A 1 6 0 ° 4 % R A V E N N A 1 5 0 ° 1 % R A V E N N A 1 5 0 ° 2 % R A V E N N A 1 5 0 ° 4 % R A V E N N A V E R G IN E -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 IP Ravenna 81 Figura 3.50 - IP - Ravenna + Add Figura 3.51 - IP - Mantova R A V E N N A A D D 1 8 0 ° 1 % R A V E N N A A D D 1 8 0 ° 2 % R A V E N N A A D D 1 8 0 ° 3 % R A V E N N A A D D 1 8 0 ° 4 % R A V E N N A A D D 1 7 0 ° 1 % R A V E N N A A D D 1 7 0 ° 4 % R A V E N N A A D D 1 6 0 ° 1 % R A V E N N A A D D 1 6 0 ° 4 % R A V E N N A A D D 1 5 0 ° 1 % R A V E N N A A D D 1 5 0 ° 2 % R A V E N N A A D D 1 5 0 ° 3 % R A V E N N A A D D 1 5 0 ° 4 % R A V E N N A A D D V E R G IN E -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 IP Ravenna + Add M A N T O V A 1 8 0 ° 1 % M A N T O V A 1 8 0 ° 2 % M A N T O V A 1 8 0 ° 3 % M A N T O V A 1 8 0 ° 4 % M A N T O V A 1 7 0 ° 1 % M A N T O V A 1 7 0 ° 4 % M A N T O V A 1 6 0 ° 1 % M A N T O V A 1 6 0 ° 4 % M A N T O V A 1 5 0 ° 1 % M A N T O V A 1 5 0 ° 4 % M A N T O V A V E R G IN E -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 IP Mantova 82 Figura 3.52 - IP - Mantova + Add Considerando l''aleatorietà dei valori di penetrazione e il valore pressoché costante del punto di rammollimento ne consegue, come visibile dai grafici, che non è riscontrabile un''influenza chiara della schiumatura del bitume sull''indice di penetrazione . Inoltre si ribadisce quanto detto già detto da Saleh del 2007 ovvero che la suscettibilità termica non ha una chiara influenza sulle buone capacità schiumanti del bitume. 3.4.4 Viscosità
In appendice sono riportate le tabelle relative, lasciando spazio in questo paragrafo solo alla rappresentazione grafica. ' possibile osservare che per ognuna delle prove eseguite la coppia necessaria a far ruotare lo spindle all''interno del bitume è decrescente, come prevedibile, all''aumentare della temperatura. Tuttavia al fine di identificare meglio similitudini e differenze dei vari campioni, si possono graficare i valori numerici realizzando le Curve di Viscosità. Ne sono riportate nel seguito diverse, affiancate dalle relative osservazioni. Si riportano coerentemente con la letteratura dei grafici con rappresentazione in scala logaritmica. In Appendice di riportano i medesimi grafici con andamento decimale e un zoom attorno alla temperatura di 160°C per quanto riguarda i sopracitati grafici in scala logaritmica. Nel grafico seguente (Figura 3.53) sono rappresentate le curve di viscosità relative ai cinque bitumi vergini, ovvero in assenza di schiumatura. M A N T O V A A D D 1 8 0 ° 1 % M A N T O V A A D D 1 8 0 ° 2 % M A N T O V A A D D 1 8 0 ° 3 % M A N T O V A A D D 1 8 0 ° 4 % M A N T O V A A D D 1 7 0 ° 1 % M A N T O V A A D D 1 7 0 ° 4 % M A N T O V A A D D 1 6 0 ° 1 % M A N T O V A A D D 1 6 0 ° 4 % M A N T O V A A D D 1 5 0 ° 1 % M A N T O V A A D D 1 5 0 ° 4 % M A N T O V A A D D V E R G IN E -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 IP Mantova + Add 83 Figura 3.53 - Bitumi Vergini - Viscosità Si osserva che il bitume Ravenna presenta la viscosità più alta, notevolmente maggiore rispetto al Livorno e al Mantova nel punto di partenza. Il Mantova è il bitume dotato della viscosità è più bassa. In entrambi i casi di additivazione la viscosità diminuisce. Innalzando la temperatura la differenza diminuisce gradualmente fino a portare i due grafici a confondersi. Se si pensa alla capacità di espansione osservate in precedenza si nota che il bitume Ravenna, che aveva una capacità schiumante insignificante in assenza di additivo, è quello con la viscosità più alta. Al contrario il Mantova che presentava una buona schiuma anche senza additivo ha la viscosità più bassa. Inoltre come minima era la differenza a livello di espansione tra Mantova e Mantova additivato, altrettanto accade nell''andamento della viscosità che risulta pressoché analogo. Prima di giungere a conclusioni è bene tuttavia osservare anche altre curve, passando ad analizzare bitumi schiumati (Figure 3.54 '' 3.55 '' 3.56): 10 100 1000 10000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura °(C) Bitumi Vergini Liv Vergine Rav Vergine Rav Vergine + Add. Man Vergine Man Vergine + add 84 Figura 3.54 - Bitumi 160°C 2% - Viscosità Figura 3.55 - Bitumi 160°C 3% - Viscosità 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura °(C) Bitumi schiumati 160° - 2% acqua Liv 2% Rav 2% Rav + add 2% 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Bitumi schiumati 160° - 3% acqua Liv 3% Rav 3% Rav + Add 3% Man 3% Man +Add 3% 85 Figura 3.56 - Bitumi 160°C 4% - Viscosità I grafici sopra riportati confrontano i bitumi analizzati alle tre differenti percentuali d''acqua nebulizzata iniettata. In linea di massima con un basso contenuto d''acqua viene rispettata la graduatoria stilata per i vergini, ovvero Ravenna, Livorno, Mantova, in ordine decrescente di viscosità. Si osserva che ad un basso contenuto d''acqua l''additivazione continua ad abbassare la viscosità. Questi due aspetti sono meno chiari al 4% dove le curve seguono un andamento poco regolare intersecandosi più volte. Si aggiunge che con un contenuto d''acqua maggiore il gap tra il bitume a viscosità maggiore e minore viene ridotto. 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura °(C) Bitumi schiumati 160° - 4% acqua Liv 4%
Rav 4% Rav + Add 4%
Man 4% 86 Proseguendo nell''analisi si dedica un grafico ad ognuno dei singoli bitumi (Figure da 3.57 a 3.61): Figura 3.57 - Livorno - Viscosità Il Livorno non segue un andamento chiaro, ha tutte e quattro le curve ravvicinate, che tendono ad intersecarsi rendendo inutile il tentativo di trovare un chiaro trend di variazione. Figura 3.58 - Ravenna - Viscosità 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatua (°C) Analisi complessiva Livorno Liv vergine Liv 2% Liv 3% Liv 4% 10 100 1000 10000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Ravenna Rav vergine Rav 2% Rav 3% Rav 4% 87 Questo grafico rappresenta come l''aumentare della percentuale di acqua e aria il bitume sia meno viscoso in modo piuttosto graduale partendo dalla condizione vergine sino ad arrivare a quella con il contenuto d''acqua maggiore. Ovviamente questo andamento è riscontrabile a basse temperature, fino a circa 130°C, dove poi le quattro curve tendo a confondersi. (In appendice è riportato l''analogo grafico in scala decimale dove quest''osservazione è visibile più chiaramente) Figura 3.59 - Ravenna + Add - Viscosità Dopo l''aggiunta dell''additivo purtroppo non è riscontrabile un andamento regolare come nel caso precedente, prevalentemente a causa della curva al 3% che sembrerebbe presentare una viscosità inferiore rispetto a quella al 4%. Si ribadisce nuovamente che questo discorso vale solo per basse temperature. Infatti bisogna osservare che il bitume a 90°-100°C è molto viscoso, tanto che lo spindle faticava ad entrare: le risposte del viscosimetro sono quindi molto più affidabili a temperature maggiori, quando aumentano notevolmente la fluidità del legante e conseguentemente la velocità di rotazione. 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Ravenna + Add Rav Vergine + Add Rav + Add 2% Rav + Add 3% Rav + Add 4% 88 Figura 3.60 - Mantova '' Viscosità Figura 3.61 - Mantova + Add - Viscosità Per quanto concerne il Mantova si può notare che come detto inizialmente la viscosità è abbastanza bassa e l''andamento è complessivamente piuttosto disordinato sia con che senza additivo. 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Mantova Man vergine Man 2% Man 3% Man 4% 10 100 1000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Mantova + Add Man Vergine +
Add Man + Add 2% Man + Add 3% 89 Concludendo il discorso relativo alle curve si viscosità: -si osserva che il bitume Ravenna è dotato di Viscosità molto elevata, questa diminuisce all''aumentare del contenuto d''acqua. Come già precedentemente detto il Ravenna è il legante che presenta la schiuma peggiore ma con un comportamento apparentemente più regolare. Infatti si vede chiaramente come il contenuto d''acqua ne abbassi la viscosità e come faccia altrettanto l''additivazione. In nessun altro dei bitumi analizzati è riscontrabile un comportamento così chiaro. Il che fa pensare che essendo questo un bitume con pessime capacità schiumanti sia quello che risente maggiormente delle variazioni e quindi risulti il quello più interessante per osservarne il cambiamento. Infatti osservando il Livorno e il Mantova si non è riscontrabile un andamento regolare, l''additivo non ha il medesimo effetto ma il tutto sia molto più confuso. Sembra ragionevole sulla base di ciò dire che la schiumatura del bitume abbia la capacità variare pesantemente la viscosità del legante. -è interessante sottolineare anche un aspetto un po'' controcorrente rispetto a quanto detto fin''ora: osservando i grafici si nota che a 110°C tutte le curve si trovano fra 1000 e 2000 Cp. Questo sta ad indicare che la viscosità iniziale è molto diversa tra un caso e l''altro ma che già a 110°C è tutto molto più simile, le differenze sono più contenute. Aumentando la temperatura questo processo di avvicinamento e sovrapposizione delle curve aumenta. Di conseguenza essendo il bitume da utilizzare alla temperatura minima di 150°C è chiaro come la viscosità vari poco tra un caso e l''altro e viene quindi da chiedersi che influenza abbia effettivamente il contenuto d''acqua e l''additivazione sulla proprietà appena analizzata. 90 3.5 Prove Reologiche: Dynamic shear rheometer
Anche in questo caso per snellire la trattazione si sono riportati in questo paragrafo i soli grafici lasciando in appendice le relative tabelle nelle quali sono tuttavia riportati i seguenti parametri descrittivi, ottenuti in risposta dal software utilizzato: -Temperatura: identifica gli step termici ai quali viene effettuata la prova, sono di 6°C e hanno come punto di partenza la temperatura di 46°C. Il procedimento negli esempi studiati si è sempre interrotto alla temperatura di 64°C, ad eccezione di un unico caso, relativo al 160°C 2% del bitume Ravenna con additivo, il quale si è interrotto a 70°C. -Frequenza: viene impostata ed è una costante di tutte le prove. -Angolo di Fase: rappresenta il ritardo che si presenta tra l''applicazione del carico e il presentarsi della deformazione -Modulo Complesso: come detto in precedenza rappresenta la relazione tra sforzo e deformazione tenendo conto della componente elastica e della componente viscosa. (G*= G''+iG'''') -Modulo Elastico: la componente elastica del modulo ricavabile da quello complesso attraverso l''espressione 7 !"  8 -Modulo Viscoso: la componente viscosa del modulo ricavabile da quello complesso attraverso l''espressione !"  8 -Deformazione e Sforzo di Taglio: il calcolo del modulo può essere effettuato fissando lo sforzo di taglio oppure fissando la deformazione. Il caso in analisi è a deformazione imposta di conseguenza si rileva un andamento decrescente dello sforzo conseguente all''aumentare della temperatura la quale causa un rammollimento del bitume. A questo punto si inseriscono i grafici relativi ai bitumi analizzati (per la visione dei valori numerici si rimanda alle tabelle in appendice). Osservando i grafici sottostanti è immediato rilevare un andamento decrescente del modulo complesso all''aumentare della temperatura. Questo andamento era prevedibile, data la natura del legante, che fluidifica molto ad alte temperature diminuendo notevolmente la sua viscosità. Comportamento contrario per quanto riguarda l''angolo di fase che risulta crescente all''aumentare della temperatura. Nel seguito si riportano l''andamento del modulo e dell''angolo di fase in relazione alla temperatura iniziando dal bitume Livorno: Figure 3.62 '' 3.63. 91 Figura 3.62 - Livorno - Modulo complesso Figura 3.63 - Livorno - Angolo di fase 0 2 4 6 8 46 52 58 64 M o d u lo C o m p le ss o ( kp a ) Temperatura (°C) Modulo Complesso - Livorno Liv 160°C 1% Liv 160°C 2% Liv 160°C 3% Liv 160°C 4% Liv Vergine 86 87 88 89 90 46 52 58 64 A n g o lo d i fa se ( °) Temperatura (°C) Angolo di Fase - Livorno Liv 160°C 1% Liv 160°C 2% Liv 160°C 3% Liv 160°C 4% Liv Vergine 92 Si prosegue con il bitume Ravenna: Figure 3.64 '' 3.65 Figura 3.64 - Ravenna - Modulo complesso Figura 3.65 - Ravenna - Angolo di fase 0 2 4 6 8 10 12 14 46 52 58 64 M o d u lo C o m p le ss o ( kP a ) Temperatura (°C) Modulo Complesso - Ravenna Rav 160°C 1% Rav 160°C 2% Rav 160°C 3% Rav 160°C 4% Rav Vergine 78 80 82 84 86 88 90 46 52 58 64 A n g o lo d i fa se ( °) Temperatura (°C) Angolo di Fase - Ravenna Rav 160°C 1% Rav 160°C 2% rav 160°C 3% Rav 160°C 4% Rav Vergine 93 Anche in questo caso non è possibile individuare una corrispondenza tra l''andamento delle curve e il quantitativo di acqua presente nel legante. Infatti non è riscontrabile un decremento regolare di modulo complesso al variare della percentuale di acqua. Analogo discorso vale anche per l''angolo di fase. Nelle figure 3.66 '' 3.67 si analizza sotto i medesimi aspetti il bitume Ravenna additivato Figura 3.66 - Ravenna + Add - Modulo complesso Figura 3.67 - Ravenna + Add - Angolo di fase 0 2 4 6 8 10 12 14 46 52 58 64 70 M o d u lo C o m p le ss o ( kP a ) Temperatura (°C) Modulo Complesso - Ravenna + Add Rav + Add 160°C 1% Rav + Add 160°C 2% Rav + Add 160°C 3% Rav + Add 160°C 4% Rav Vergine + Add 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 46 52 58 64 70 A n g o lo d i fa se ( °) Temperatura (°C) Angolo di Fase - Ravenna + Add Rav + Add 160°C 1% Rav + Add 160°C 2% Rav + Add 160°C 3% Rav + Add 160°C 4% Rav Vergine + Add 94 Analizzando i grafici si riconosce che, benachè gli andamenti del modulo complesso e dell''angolo di fase rimangano rispettivamente crescente e decrescente all''aumentare della temperatura di prova, non è comunque possibile riscontrare una corrispondenza. La particolarità di questo bitume è che con una percentuale d''acqua del 2% la temperatura di collasso, come accennato precedentemente, è di 70°C, ovvero il legante resiste ad uno step in più. Questo aspetto è visibile nei due grafici qui sopra dal ramo rosso che presenta banalmente una parte in più. Si sottolinea che anche in questo caso non è identificabile una corrispondenza tra risultati e percentuali d''acqua. Si riportano anche i grafici relativi al bitume Mantova e Mantova con additivo (Figure 3.68 '' 3.69 '' 3.70 '' 3.71): Figura 3.68 - Mantova - Modulo complesso 0 2 4 6 8 10 46 52 58 64 M o d u lo C o m p le ss o ( kP a ) Temperatura (°C) Modulo Complesso - Mantova Man 160°C 1% Man 160°C 2% Man 160°C 3% Man 160°C 4% Man Vergine 95 Figura 3.69 - Mantova - Angolo di fase Figura 3.70 - Mantova + Add - Modulo complesso 80 81 82 83 84 85 86 87 46 52 58 64 A n g o lo d i fa se ( °) Temperatura (°C) Angolo di Fase - Mantova Man 160°C 1% Man 160°C 2% Man 160°C 3% Man 160°C 4% Man Vergine 0 2 4 6 8 46 52 58 64 M o d u lo C o m p le ss o ( kP a ) Temperatura (°C) Modulo Complesso - Mantova + Add Man + Add 160°C 1% Man + Add 160°C 2% Man + Add 160°C 3% Man + Add 160°C 4% Man Vergine + Add 96 Figura 3.71 - Mantova + Add - Angolo di fase Al di la dell''andamento, rispettato in tutti i casi, crescente per l''angolo di fase e decrescente per il modulo complesso a variare della temperatura si può osservare che: -non è riscontrabile uno stretto parallelismo tra i valori numerici e il contenuto d''acqua. -il Livorno Vergine ha una angolo di fase molto diverso dal Ravenna. Infatti al di la del valore numerico inferiore è immediato osservare che il Ravenna risente molto di più della temperatura di prova: si rileva una variazione di circa 8° mentre nel Livorno era limitata a 2°. In generale il Ravenna ha angoli di fase più bassi rispetto al Livorno, viceversa per quanto riguarda il modulo complesso. -l''additivazione del Ravenna provoca un abbassamento notevole del modulo complesso del bitume vergine, variazione meno marcata nei casi schiumati. Inoltre causa una diminuzione del range di 8° rispetto a quanto riscontrato per l''angolo di fase senza additivazione. -il bitume Mantova si pone in una situazione intermedia tra il Livorno e il Ravenna relativamente al valore numerico dei moduli. Anche l''angolo di fase non è variabile come il Ravenna ma neanche costante come il Livorno. -l''additivazione non provoca sul Mantova le variazioni riscontrate invece nel Ravenna. Non è un caso a questo punto poiché si ritrova la similitudine di comportamento tra Mantova e Mantova + Additivo vista in precedenza. -il Ravenna si conferma a questo punto essere il bitume non solo a viscosità più elevata ma anche a modulo complesso maggiore e angolo di fase inferiore. Essendo, come già detto in precedenza il bitume che più risente della schiumatura e dell''additivazione, presentando in condizioni vergini il comportamento meno schiumante, si ritiene ragionevole aggiornare quanto detto in precedenza ovvero che un bitume poco propenso ad essere schiumato presenta una elevata viscosità, un elevato modulo complesso e un basso angolo di fase. Fattori che vengono modificati sia dall''operazione di 80 81 82 83 84 85 86 87 88 46 52 58 64 A n g o lo d i fa se ( °) Temperatura (°C) Angolo di Fase - Mantova + Add Man + Add 160°C 1% Man + Add 160°C 2% Man + Add 160°C 3% Man + Add 160°C 4% Man Vergine +Add 97 schiumatura che da quella di additivazione: diminuiscono modulo e viscosità, aumenta l''angolo in seguito all''aumento della percentuale d''acqua. Con riferimento al Ravenna, in tema di additivazione si può concludere che confrontando campioni analoghi a livello di contenuto d''acqua ma dei quali uno è additivato e uno no quello con additivo presenta viscosità e modulo inferiori e angolo di fase maggiore. Si è provato a confrontare nel seguito i bitumi schiumati a 160°C, essendo questa la temperatura a cui sono state analizzate viscosità e moduli complessi, concentrandosi sulle differenze tra il 4% e il bitume vergine. Si sottolinea che anche la Viscosità del bitume è analizzata a 160°C. Nel seguito si riportano le osservazioni relative: Livorno: valutando le condizioni 4% rispetto al caso vergine si osserva che la viscosità aumenta di 5 Cp, G* aumenta di 30-40 Pa, comportamento analogo segue G'''', mentre G'' non varia. Osservando infatti i rapporti tra schiumato e non, il relativo valore è sempre contenuto tra 1 e 1.08, quindi il modulo aumenta al massimo dell''8%; unica eccezione è per il G'' che presenta un rapporto di 0.78 ovvero una diminuzione del modulo elastico dopo la schiumatura. Tuttavia trattasi di valori bassi. Ravenna: la viscosità al 4% diminuisce di 44 Cp, G* e G'''' diminuiscono in modo analogo (2500Pa a 46°C e 120Pa a 64°C); G'' diminuisce di 220 Pa. Variazioni simili tra G* e G'''' anche per quanto riguarda i rapporti ovvero contenuti tra 0.8 e 0.88, il rapporto aumenta con la temperatura quindi la schiumatura in questo caso diminuisce il modulo del 20% a 46°C, del 12% a 64°C. Il rapporto delle componenti elastiche (G'') decresce da 46°C a 58°C mentre a 64°C presenta un valore in controtendenza come avveniva per il Livorno. In generale il Ravenna presenta variazioni più considerevoli rispetto al Livorno e soprattutto la schiumatura riduce il modulo e la viscosità. Ravenna + Additivo: la viscosità non cambia ma è più bassa anche del 4% del Ravenna senza additivo. Il modulo G* va nuovamente di pari passo con G'''' e diminuisce (500Pa a 46°C e 10Pa a 64°C) mentre diminuisce meno G'' (80Pa). Trattasi di una variazione nettamente inferiore rispetto al Ravenna infatti anche a livello di rapporti si spazia tra 0.94 a 1.02, inoltre 0.94 solo al 46°C per cui aumentando la temperatura si stabilizza. Immediato osservare come l''additivazione modifichi il comportamento del bitume. Mantova: la viscosità non cambia, G* e G'''' variano sui 560-590Pa mentre G'' sui 200Pa, la differenza sta nel fatto che il modulo invece che diminuire aumenta come visto anche per il Livorno anche qui al massimo dell''8%. Se si osserva però il rapporto dei G'' questo presenta un aumento anche del 20%.(si ribadisce che i confronti sono sempre fatti osservando i campioni di bitume schiumati al 4%, in relazione al caso vergine). Mantova + Additivo: la viscosità aumenta di soli 5 Cp al 3% (non abbiamo il valore del 4%) ma è più bassa di quella del Mantova (l''additivo qui come sopra abbassa la viscosità del bitume). A livello di G* e G'''' c''è un calo di 350Pa mentre G'' aumenta di circa 100Pa. Tutto ciò e rispecchiato nei rapporti che 98 sono tendenzialmente inferiori di poco a 1 per G* e G'''' mentre aumentano il G'' un incremento del rapporto anche del 36%. Quindi : -i moduli del Livorno aumentano leggermente nel caso schiumato con 4% d''acqua. -i moduli del Ravenna diminuiscono, quelli del Ravenna + add diminuiscono però in modo meno marcato. -i moduli del Mantova aumentano, quelli del Mantova + add dipende ovvero diminuiscono G* e G'''' mentre aumenta G''. -risulta molto più influente il contributo della parte viscosa del modulo rispetto a quella elastica. -dove la viscosità diminuisce in modo chiaro, ovvero il Ravenna senza additivo c''è una diminuzione anche di tutti i moduli. A questo punto per valutare come variano i moduli tra uno step termico e il successivo si è realizzata la seguente tabella 3.18. Sono stati riportati solo i valori di G* poiché G'''' segue un andamento sempre pressoché analogo a G* mentre G'' vale al massimo il 19% del modulo complesso. Tabella 3.18 - Confronto vergine e 4% - Modulo complesso Da questa si osserva che il Ravenna presenta il modulo più alto, questo decresce con la schiumatura e con l''additivazione. Gli step al 4% sono minori di quelli del caso vergine. L''additivo riduce il gap tra il modulo a 46°C e quello a 64°C. Il Mantova segue un comportamento diverso: innanzi tutto i valori di modulo sono inferiori (ricordando che il Mantova ha una capacità schiumante maggiore e una viscosità inferiore del Ravenna), un conseguente calo inferiore del modulo tra uno step e l''altro; inoltre a 64°C il modulo complesso è inferiore. Il Mantova che è meno viscoso ha moduli più bassi ma non si rilevano grosse differenze in seguito all''additivazione o alla schiumatura o per lo meno non si riscontrano variazioni marcate come nel Ravenna. G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* 46°C 6.02 3.67 6.05 3.50 13.25 7.76 9.85 6.03 7.83 4.54 8.42 4.96 52°C 2.35 1.31 2.55 1.42 5.49 3.14 3.82 2.12 3.29 1.87 3.46 2.02 58°C 1.04 0.57 1.12 0.61 2.35 1.36 1.70 0.95 1.42 0.78 1.44 0.81 64°C 0.47 0.51 0.99 0.75 0.64 0.63 G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* G* (kPa) deltaG* 46°C 10.70 6.02 9.34 5.41 7.34 4.30 7.01 4.09 52°C 4.68 2.67 3.93 2.20 3.04 1.74 2.92 1.68 58°C 2.01 1.14 1.73 0.99 1.30 0.76 1.24 0.69 64°C 0.87 0.74 0.54 0.55 MANTOVA + ADD MANTOVA VERGINE 4% RAVENNA RAVENNA + ADD VERGINE 4% VERGINE 4% LIVORNO VERGINE 4% VERGINE 4% 99 3.6 Ranking dei bitumi schiumati in funzione della schiumabilità
Confrontando tutti i risultati ottenuti è stato possibile riassumere in poche parole quelli che sono i bitumi migliori e quali i peggiori. Osservando la figura 3.72 è immediato notare che il Mantova con additivo presenta i migliori valori di espansione e semivita mentre il Ravenna è assolutamente il peggiore. Ravenna con additivo e Mantova senza additivo si trovano a metà. In modo particolare i campioni migliori sono risultati essere i 2%, 3%, 4% di Ravenna + Add, Mantova e Mantova + Add. Il Mantova additivato non solo presenta semivita ed espansioni maggiori ma anche i valori di viscosità e modulo più bassi. ' ragionevole quindi ritenere il bitume Mantova il migliore di quelli studiati, confrontando i leganti in assenza di additivo; coerentemente, considerando anche i due bitumi additivati, il Mantova + add risulta essere il migliore dei 5. Figura 3.72 - Ranking dei bitumi schiumati 5 10 15 20 25 30 35 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 E sp a n si o n e Semivita (sec) Livorno
Ravenna
Ravenna + Add
Mantova
Mantova + add 2% 3% 4% 4% 3% 4% 2% 2% 1% 4% 2% 2% 4% 3% 1% 1% 1% 1% 3% 3% 100 3.7 Conclusioni
Sulla base dello studio eseguito e dei risultati ampiamente analizzati in precedenza è possibile trarre le seguenti conclusioni: ' L''aumento del contenuto d''acqua, a parità di temperatura, aumenta l''espansione ma diminuisce la semivita poiché il bitume espande maggiormente ma è più instabile (questo discorso vale per i bitumi senza additivo). ' Una buona condizione di schiumatura è quella alla temperatura di 160°C e con 2-3% d''acqua. Siamo nel range identificato anche da autori precedenti. ' L''additivo ha un effetto notevole sulle capacità schiumanti del bitume, aumenta in modo considerevole la semivita sia di un bitume con buone caratteristiche schiumanti come il Mantova sia di uno con caratteristiche pessime come il Ravenna; ' Il bitume viene spruzzato ad una temperatura di 120°C, e nell''arco di 45 minuti torna a temperatura ambiente; ' Il peso del campione di bitume schiumato non subisce variazioni di conseguenza l''acqua intrappolata all''interno del bitume non evapora nei giorni successivi alla realizzazione della schiuma; ' La Prova di Penetrazione non ha significato nel momento in cui si studia un bitume schiumato; ' Il Punto di Rammollimento non risente della schiumatura del bitume; ' La viscosità viene abbassata dall''additivo nel caso di un bitume duro e con pessime capacità schiumanti. Coerentemente con la letteratura, inoltre, si è riscontrato come il bitume con viscosità più elevata sia il peggiore per quanto riguarda la produzione di schiuma. ' Non è stato possibile individuare un trend chiaro che individuasse una correlazione tra contenuto d''acqua e viscosità. Analogo discorso si può fare per i moduli ovvero è percepibile in tutti questi casi la differenza tra un bitume schiumato ed uno vergine, mentre non lo è quella tra un 2 ed un 3%. Si potrebbe anche ipotizzare che il contenuto d''acqua non influenzi modulo e viscosità del bitume. 101 CAPITOLO 4 ANALISI BIBLIOGRAFICA SUI CONGLOMERATI BITUMINOSI SCHIUMATI
L''obiettivo finale del riciclo delle pavimentazione con l''utilizzo del bitume schiumato è ovviamente quello di miscelarlo in sito con del materiale vergine o fresato. ' necessario conoscere in modo preciso i quantitativi di bitume, aggregato e filler necessari per ottenere una corretta miscela di conglomerato bituminoso. A tal fine lo studio in analisi è proseguito con la ricerca della miscela ottimale studiando le componenti del mix design; ovvero contenuto ottimale di acqua, quantitativo di RAP e materiale vergine e ovviamente ottimo contenuto di bitume schiumato e contenuto d''acqua all''interno dello schiumato. Nel corso dei decenni sono stati condotti numerosi studi al fine di migliorare mix design con il bitume schiumato Nel 1980 diversi progetti furono realizzati in Colorado e Wyoming. Studi successivi al 2000 hanno rilevato che l''aggiunta di cemento a questa tecnica di riciclo portava a diversi benefici sia in campo economico che da un punto di vista delle performance. In generale invece l''uso di bitume schiumato nelle pavimentazione ha portato a miglioramenti per quanto concerne la resistenza e la durabilità del mix, riducendo il contenuto di bitume e aumentando lo spettro degli aggregati utilizzabili. 4.1 Influenza del metodo di compattazione
Brennen et al. (1983) secondo quanto riportato da Kim e Lee (2006) studiarono li effetti del metodo di compattazione sui valori di stabilità. Venti giri al minuto con la pressa giratoria alla pressione di 1.38 Mpa e 75 colpi con la prova Marshall furono usati come metodi di compattazione. Si ottennero con la pressa giratoria valori migliori rispetto che con il metodo Marshall. Settantacinque colpi con la Marshall non forniscono una compattazione sufficiente da poter simulare correttamente la compattazione iniziale dopo la realizzazione. Nella sua tesi Sunarjono riportò che un valore corretto di giri da imporre alla giratoria fosse tra 150 e 250 (nel nostro caso si è scelto un numero di giri pari a 180, 30 giri al minuto). Uno studio condotto da Nataatmadja fu dedicato alla caratterizzazione di un discreto range di mix
schiumati in laboratorio. Utilizzando sia la pressa giratoria che la compattazione Marshall realizzò dei
provini dei quali studiò successivamente il modulo resiliente. Confrontando le due tecniche osservò
che la compattazione Marshall produceva valori in modulo più alti, mentre invece i campioni
realizzati con la giratoria presentavano una densità più elevata (Nataatmadja, 2001).

4.2 Contenuto ottimo di bitume schiumato
Muthen nel suo articolo del 1999 sostiene che in un conglomerato realizzato con lo schiumato non sempre è possibile individuare il quantitativo preciso di bitume come avviene nel caso di una miscela a caldo. Si può quindi identificare un range che abbia al limite inferiore il valore per cui è sensibile 102 all''acqua e come limite superiore il valore per cui si riscontra una perdita di stabilità. Ad ogni modo gli studi precedenti riportano come metodo più comune quello di individuare il contenuto di bitume che ottimizza la stabilizzazione Marshall e minimizza la perdita di stabilità in condizioni di elevata umidità. Il trattamento di schiumatura ha in generale l''obiettivo di ridurre la suscettibilità all''acqua, aumentare la resistenza a fatica e incrementare la coesione fra gli aggregati. Per cui si possono realizzare miscele non scegliendo il contenuto ottimo di bitume ma il minimo in grado di fornire un mix accettabile Muthen nei suoi studi cita questa tabella (Figura 4.1) realizzata da Bowering and Martin (1976) in cui viene identificato il valore di quantitativo di bitume ottimo in relazione alla granulometria utilizzata. Figura 4.1 - Valori ottimi di bitume (Bowering and Martin, 1976) Recentemente alcuni ricercatori hanno individuato come contenuto ottimale di bitume schiumato quello che fornisce un modulo resiliente più alto. Kim e Lee trovarono un valore ottimale di 2.5%. In questo ambito si inserisce un''osservazione fatta da Jenkins nel 2000 secondo cui la compattezza e la densità del campione erano strettamente legate alla viscosità della miscela e di conseguenza alla viscosità del bitume schiumato utilizzato. All''interno del suo studio Nataatmadja spiegò anche la difficoltà di determinare il contenuto ottimo di bitume corrispondente alle proprietà meccaniche migliori. Osservò tuttavia un''elevata dipendenza dall''umidità del campione così da suggerire lo studio della suscettibilità all''acqua come linea guida per individuare il minimo contenuto di bitume necessario (Nataatmadja, 2001).

103 4.3 Influenza del quantitativo di bitume schiumato sulle prestazioni
attese
Nel 2006 Kim e Lee in un''analisi sperimentale analizzarono diversi campioni alle prove di stabilità Marshall, in condizioni asciutte e umide, trazione indiretta nelle analoghe condizioni e modulo resiliente secondo le indicazioni del ''Basic Asphalt Recycling manual' stilato nel 2001. Nello studio realizzarono molti campioni usando tre granulometrie e individuarono che la trazione indiretta rilevava un''influenza maggiore del processo di schiumatura del bitume rispetto alla prova Marshall. La resistenza a fatica è un fattore importante per determinare le caratteristiche strutturali della pavimentazione. I conglomerati schiumati hanno caratteristiche meccaniche intermedie tra quelle del granulare e quelle dei cementati. Secondo Halles (2009) se due campioni di conglomerato schiumato hanno lo stesso valore di ITS, il campione con una energia di frattura più elevata poteva essere assunto come più duttile rispetto al campione con valore inferiore. L''indice di duttilità è definito come l''indice di frattura diviso per il valore di picco e fornisce un indicatore quantitativo della duttilità o forza di resistenza a trazione del materiale. La ricerca di Halles, basata sullo studio di quattro diversi filler nella miscela, portò ad osservare che il cemento portland ha la capacità di innalzare in modo consistente il valore dell''ITS sia con bitume schiumato che non, sia in condizioni asciutte che umide (interessante osservare che trovò valori inferiori dopo la schiumatura). L''indice di frattura è influenzato maggiormente, anche in questo caso, dal cemento, anche se in modo inferiore rispetto alle altre tipologie di filler e trova un innalzamento complessivo con l''utilizzo di bitume schiumato. La duttilità infine presenta poca differenza tra un filler e l''altro, e un aumento lieve in seguito alla schiumatura.
4.4 Contenuto di fine e Granulometria
Diversi autori hanno dedicato i loro studi ad analizzare non solo il bitume ma anche la granulometria del conglomerato individuando in essa un elemento molto influente per quanto riguarda le proprietà meccaniche del conglomerato. Secondo l''analisi letteraria fatta da Kim e Lee il contenuto di fine ha un effetto positivo sulla resistenza del RAP e tale osservazione è rispettata dai loro risultati riportati nel seguito. In particolare alcuni autori osservarono che un elevato contenuto di fine era correlato ad una elevata stabilità, ed ad una buona resiste a trazione. Le ricerche di Jenkins (2000) mostrarono che la frazione di sabbia (passante al 2.36 mm e ritenuta al 0.075mm) era di grande importanza per il conglomerate con lo schiumato. Lo studio dei cinesi Jin-Zhi Xu e Pei-Wen Hao del 2012 ha avuto come obiettivo la realizzazione di una curva granulometrica ottimale. Facendo una breve digressione storica sono partiti da un''equazione realizzata da Fuller e Thompson (1907) i quali realizzarono un''equazione esponenziale: 9  : ;9 <= > Con 9 la percentuale passante ad ogni setaccio, D il diametro massimo dell''aggregato mentre ;9 l''iesimo diametro. Infine n è un coefficiente. Proprio sulla modifica di quest''ultimo parametro sono 104 intervenuti negli anni successivi Nijboer (1948) e Yoder (1959) che individuarono in 0.45-0.5 il range di valori che conferiscono la massima densità al mix. Lo studio dei cinesi è stato dedicato a identificare dei valori precisi di questo parametro attraverso l''analisi di diverse miscele con aggregato fine o con aggregato grosso. Identificarono dei valori più precisi relativi ai vari casi studiando in condizioni asciutte e bagnate su cui però non ci si sofferma. ' interessante riportare invece un''osservazione fatta dai cinesi ovvero che in un conglomerato con un quantitativo maggiore del 15% di inerti di diametro maggiore di 19 mm causa una resistenza sovrastimata del campione. In fase preliminare è quindi necessario individuare un fuso granulometrico di accettabilità e a tal riguardo sono presenti alcune proposte in letteratura delle quali si riportano quelle di Nataatmadja (Figura 4.2) e di Muthen (Figura 4.3). Figura 4.2 - Fuso granulometrico (Nataatmadja, 2001) Figura 4.3 - Fuso granulometrico (Muthen, 2009) 105 ' stato dedicato un ampio studio al contenuto di fine e alla sua tipologia da parte di Halles nel 2009 all''interno della sua ricerca. Utilizzò quattro tipologie diverse di filler nelle sue miscele al fine di osservare le conseguenze che avevano sul comportamento del conglomerato con bitume schiumato. In particolare utilizzò cemento portland, polvere di cemento, calce e ceneri. L''aggiunta di una percentuale di cemento è avvalorata da diversi altri autori al fine di aumentare resistenza del campione con riscontri positivi in seguito alla prova di trazione indiretta (Mohammad et al, 2007) Valutando la prova ITS Halles riscontrò (Figura 4.4) un aumento del valore in seguito all''aggiunta di cemento portland, mentre variazioni molto lievi con le atre tre tipologie di filler. Osservò anche, come detto da diversi autori, che l''aumento di filler riduce la sensibilità all''acqua della miscela, in particolare portland, polvere e calce hanno medesima sensibilità mentre la cenere un valore leggermente più alto, e ha anche un ruolo fondamentale per la densità e la compattezza della miscela. Figura 4.4 - ITS - Diverse tipologie di Filler con (a) e senza (b) un 3% di bitume schiumato (Halles, 2009) Sunarjono per confermare l''importanza della granulometria osservò, dal suo studio, che essa, in accordo con il contenuto di bitume rivestono un ruolo predominante nelle proprietà della miscela, più delle caratteristiche della schiuma. Nello studio eseguito da Kim e Lee del 2006 si analizzò la resistenza a trazione indiretta di miscele differente realizzate completamente a freddo. ' riscontrabile nelle figure 4.5 e 4.6 come innanzi tutto il picco sia raggiunto in tutte le condizioni citate al contenuto d''acqua di 2.5%. inoltre si riscontra come il contenuto di fine influenzi notevolmente le prestazioni del conglomerato infatti il valore di 106 resistenza a trazione indiretta si aggira attorno ai 600 Kpa per miscele con elevato contenuto di fine mentre da 300 a 400 Kpa per miscele con prevalente quantitativo di aggregato grosso. Figura 4.5 - ITS - Aggregato fine (Kim and Lee, 2006) Figura 4.6 - ITS - Aggregato grosso (Kim and Lee, 2006) Anche in Italia sono stati effettuati degli studi di modulo e resistenza a trazione indiretta in miscele schiumate a freddo in particolare presso l''università di Padova (Pasetto e Baldo, 2012). Nello studio appena citato hanno analizzato miscele schiumate con 2,3 e 4% di bitume e 1,2 e 3% di cemento. Pasetto e Baldo individuarono un picco al 3% di bitume e al 3% di cemento sia per quanto riguarda il modulo sia per l''ITS. A livello numerico si è intorno a 5200 Mpa per i moduli e 0.6 Mpa per la prova brasiliana. Il capitolato italiano ANAS dichiara accettabili le miscele schiumate a freddo purchè presentino un valore di ITS maggiore di 0.32 Mpa e rende quindi validi questi risultati. Sono valori con cui sarà interessante confrontare i nostri facendo attenzione che questi sono ottenuti con 107 miscelazione a freddo mentre nel caso che andremo a studiare in questa sede si realizzerà una miscela tiepida a 95°C con compattazione anch''essa a 95°C. 4.5 Umidità
Un contenuto d''acqua insufficiente riduce la lavorabilità del mix e risulta inadeguata la dispersione del bitume, invece un contenuto eccessivo allunga il tempo necessario alla maturazione, riducendo la resistenza e la densità e può ridurre il ricoprimento degli aggregati (Muthen). Lee e Kim nel 2006 individuarono un valore ottimo intorno allo 0.5-1%. Va tuttavia considerato che, come detto da diversi autori, il contenuto di umidità considera anche l''azione lubrificante del bitume, di conseguenza l''umidità ottima per il mix diminuisce all''aumentare del contenuto di bitume. Ovviamente questo discorso riguarda solamente i conglomerati miscelati a freddo, infatti i conglomerati tiepidi vengono realizzati completamente asciutti. 4.6 Maturazione
Si osserva che in sito la stagionatura del materiale dura dei mesi, tuttavia, essendo impraticabile in laboratorio una situazione del genere, si sono realizzati nel corso degli anni dei metodi di maturazione accelerata al fine di poter confrontare i valori ottenuti in laboratorio con quelli poi riscontrabili in condizioni reali in sito. Muthen (1999) raccomandò una tecnica introdotta da Bowering nel 1970, costituita da 3 giorni a 60°C. Jin-Zhi Xu e Pei-Wen Hao (2012) per il loro studio nel campo della granulometria hanno messo i campioni a stagionare in condizioni diverse in base alla tipologia di prova di rottura alla quale dovevano essere sottoposti: Per l''ITS vennero divisi, una parte lasciata 24 ore all''aria aperta e successivamente messi a 40°C per 72 ore; una parte venne studiata senza processo di stagionatura, mentre un''ultima frazione è stata analizzata dopo 24 ore a bagno ad una temperatura di 25°C. Per quanto riguarda invece l''UCS i cinesi, seguendo la proposta di Jenkins del 2000 i campioni sono stati lasciati all''aria aperta per 24 ore e successivamente avvolti in uno strato di plastica e stagionati per 48 ore a 40°C. Nataatmadja fece stagionare i campioni alla temperatura di 60°C ottenendo dei valori di modulo che sovrastimavano le reali caratteristiche meccaniche paragonate a quelle ottenute a temperatura ambiente (Nataatmadja, 2001). Questo risultato sta ad indicare come siano importanti le condizioni climatiche di maturazione dei campioni e come in laboratorio debbano il più possibile riflettere le condizioni ambientali, al fine di non incombere in risultati fuorvianti.
4.7 Temperatura di miscelazione
La condizione ottimale per il mix di conglomerati di questo tipo sta tra i 13 e i 23°C. Secondo gli studi fatti da Bowering e Martin nel 1976 a temperature inferiori a queste si ottiene un conglomerato di scarsa qualità. Questo discorso non vieta per altro di miscelare utilizzando aggregati riscaldati in forno ad una temperatura di 95°C (conglomerati tiepidi) migliorando la dispersione del bitume facilitando così la miscelazione. ' inoltre importante proprio in questo ambito tener conto delle 108 condizioni ambientali e climatiche della zona in cui si va ad effettuare l''intervento, in modo tale da poter valutare correttamente gli esiti e da poter riproporre in laboratorio le condizioni simili, Jenkins (2000). 4.8 Temperatura di schiumatura del bitume
Sunarjono (2008) osservò nella sua ricerca che non fosse significativa la temperatura del bitume nel momento della schiumatura (osservò fra 140°C e 180°C) ai fine delle proprietà del mix. 109 CAPITOLO 5 INDAGINE SPERIMENTALE SUI CONGLOMERATI BITUMINOSI SCHIUMATI
Come fatto in precedenza si vuole in questo caso delineare quello che sarà il piano sperimentale sulle miscele. Ovviamente l''obiettivo finale dell''utilizzo del bitume schiumato è quello di realizzare pavimentazioni di riciclo, di conseguenza è necessario valutarne le caratteristiche meccaniche al fine di individuare la bontà di questa tecnica di riciclo. L''obiettivo è quello di studiare le caratteristiche delle miscele con bitume schiumato e osservare se e come le condizioni diverse di schiumatura del bitume influenzano la miscela. In questa tesi si provvederà quindi a realizzare 5 miscele, una con aggregato vergine e bitume schiumato a 160° con 2 % d''acqua, le altre 4 con un 50% di RAP all''interno delle quali si varieranno le condizioni schiuma (160°C e 180°C al 2 e 4%). Queste miscele saranno confrontate con un conglomerato realizzato in un''altra tesi con medesima miscela vergine ,a bitume ordinario e quindi aggregato e miscelazione a 165°C. Confezionate le miscele si passerà al calcolo della massima massa volumica con il metodo del picnometro e alla compattazione dei campioni con pressa a taglio giratorio. Si vogliono analizzare tre condizioni termiche 0°,25° e 40°C per cui si realizzeranno 10 campioni per ogni miscela in modo tale da avere tre campioni per ogni step termico più uno di scorta. Dopo aver riposato una settimana i campioni saranno sottoposti a pesata idrostatica per valutare la massa volumica apparente e successivamente asciugati per poter concludere la sperimentazione con prove di modulo con macchina dinamica e trazione indiretta. Si riporta nella pagina seguente uno schema riassuntivo delle prove (Figura 5.1). 110 Figura 5.1 - Piano sperimentale per conglomerati schiumati 5.1 Materiali 5.1.1 Bitume
Da quanto osservato nel capitolo 2 il bitume con le caratteristiche migliori è quello proveniente dalla raffineria di Mantova, tuttavia per motivi di approvvigionamento dello stesso si è scelto di utilizzare il Ravenna con additivo poiché presentava un comportamento simile al Mantova. Per quanto riguarda l''additivazione si è proceduto come già descritto in precedenza. 111 5.1.2 Aggregato Vergine
Gli aggregati sono gli elementi lapidei che miscelati tra loro costituiscono la frazione lapidea, la quale forma la matrice solida di ogni conglomerato bituminoso. Nel caso in esame sono state considerate le seguenti pezzature granulometriche: Vagliata 0-3; Sabbione 0-15; Pietrisco 3-6; Pietrisco 15-30; Come prima cosa si deve effettuare su ogni componente della futura miscela granulare, un''analisi granulometrica per via umida, in modo tale da poter avere una verifica sulle pezzature massime, e una granulometria in grado di rappresentarli per la successiva progettazione del mix. Di seguito nel capitolo si riporta il procedimento e si descrivono le rispettive curve granulometriche che caratterizzano i materiali utilizzati. Con granulometria si intende la distribuzione delle dimensioni degli elementi che compongono il campione. Essa viene di solito rappresentata mediante la curva granulometrica, disegnata con riferimento ad un sistema di assi cartesiani nel quale le ascisse (in scala logaritmica) rappresentano le dimensioni dei vari elementi, e le ordinate (in scala naturale) le percentuali, rispetto al peso totale, di quella parte formata dagli elementi le cui dimensioni sono uguali o inferiori a quelle indicate dalla rispettiva ascissa. Per poter scegliere un campione rappresentativo, le cui caratteristiche riflettano la reale condizione del materiale, prima di iniziare la procedura andrà svolta una quartatura che consiste nel dividere il materiale in quattro parti omogenee per poi prelevarne il quantitativo necessario da una delle due diagonali. La prova viene effettuata facendo passare il campione rappresentativo del materiale, ricavato come appena descritto tramite quartatura, attraverso una serie di crivelli o setacci aventi dimensioni dei fori via-via decrescenti, e pesandone il trattenuto da ognuno di essi. Tale analisi può essere eseguita sia per via secca, che per via umida (UNI EN 933-1). La seconda avviene mediante il lavaggio del campione di materiale al setaccio 0,063 mm, garantendo una maggior precisione nella determinazione della curva, riuscendo ad eliminare tutte le parti fini legate agli aggregati. Entrambe le vie potranno essere effettuate sia sui singoli componenti di una miscela che sulla miscela stessa. Si pesa il trattenuto progressivo aggiungendo sulla bilancia il materiale contenuto in ciascun crivello o setaccio. La percentuale di aggregato trattenuto al vaglio in esame è dato da: %  100  9 @A@ dove Pi è il peso i-esimo di trattenuto progressivo e Ptot è il peso totale secco iniziale. I crivelli hanno il fondo di lamiera con fori tondi, mentre il fondo dei setacci è formato da una rete metallica a maglie quadrate. Nel caso in esame si è dovuta effettuare su ogni componente della futura miscela granulare, una analisi granulometrica, determinando il trattenuto ai vari setacci (come si può vedere nelle seguenti 112 Figure da 5.2 a 5.5 e Tabelle da 5.1 a 5.4), in modo da poter avere una verifica sulle pezzature massime, e una granulometria che li rappresentasse per la successiva progettazione del mix.
' VAGLIATA 0-3 Figura 5.2 - Aggregato 0-3 Tabella 5.1 - Aggregato 0-3 Apertura Trattenuto Passante Passante [mm] [g] [g] [%] 125 0,0 581,0 100,0 63 0,0 581,0 100,0 40 0,0 581,0 100,0 31,5 0,0 581,0 100,0 25 0,0 581,0 100,0 20 0,0 581,0 100,0 18 0,0 581,0 100,0 16 0,0 581,0 100,0 14 0,0 581,0 100,0 12,5 0,0 581,0 100,0 10 0,0 581,0 100,0 8 0,0 581,0 100,0 6,3 0,0 581,0 100,0 4 16,6 564,4 97,1 2 42,3 538,8 92,7 1 71,6 509,4 87,7 0,500 196,6 384,4 66,2 0,400 287,4 293,6 50,5 0,250 466,6 114,4 19,7 0,125 549,8 31,2 5,4 0,075 565,1 15,9 2,7 0,063 567,5 13,5 2,3 Peso aggregati [g] 581,0 113 ' SABBIONE 0-15
Figura 5.3 - Aggregato 0-15 Tabella 5.2 - Aggregato 0-15

Apertura Trattenuto Passante Passante [mm] [g] [g] [%] 125 0,0 2596,0 100,0 63 0,0 2596,0 100,0 40 0,0 2596,0 100,0 31,5 0,0 2596,0 100,0 25 0,0 2596,0 100,0 20 0,0 2596,0 100,0 18 0,0 2596,0 100,0 16 0,0 2596,0 100,0 14 16,8 2579,2 99,4 12,5 30,8 2565,2 98,8 10 139,6 2456,4 94,6 8 308,6 2287,5 88,1 6,3 509,7 2086,3 80,4 4 780,3 1815,7 69,9 2 889,5 1706,5 65,7 1 1021,1 1574,9 60,7 0,500 1449,3 1146,7 44,2 0,400 1686,8 909,2 35,0 0,250 2180,5 415,5 16,0 0,125 2435,8 160,2 6,2 0,075 2493,1 102,9 4,0 0,063 2502,3 93,7 3,6 Peso aggregati [g] 2596,0 114 ' PIETRISCO 3-6 Figura 5.4 - Aggregato 3-6 Tabella 5.3 - Aggregato 3-6

Apertura Trattenuto Passante Passante [mm] [g] [g] [%] 125 0,0 543,0 100,0 63 0,0 543,0 100,0 40 0,0 543,0 100,0 31,5 0,0 543,0 100,0 25 0,0 543,0 100,0 20 0,0 543,0 100,0 18 0,0 543,0 100,0 16 0,0 543,0 100,0 14 0,0 543,0 100,0 12,5 0,0 543,0 100,0 10 0,0 543,0 100,0 8 0,0 543,0 100,0 6,3 11,5 531,5 97,9 4 154,0 389,0 71,6 2 416,6 126,4 23,3 1 517,3 25,7 4,7 0,500 531,9 11,1 2,0 0,400 533,1 9,9 1,8 0,250 534,8 8,2 1,5 0,125 536,4 6,6 1,2 0,075 537,6 5,4 1,0 0,063 538,0 5,0 0,9 Peso aggregati [g] 543,0 115 ' PIETRISCO 15-30
Figura 5.5 - Aggregato 15-30


Tabella 5.4 - Aggregato 15-30
Apertura Trattenuto Passante Passante [mm] [g] [g] [%] 125 0,0 2616,0 100,0 63 0,0 2616,0 100,0 40 0,0 2616,0 100,0 31,5 0,0 2616,0 100,0 25 283,3 2332,7 89,2 20 977,2 1638,8 62,6 18 1385,6 1230,4 47,0 16 1825,1 790,9 30,2 14 2284,6 331,4 12,7 12,5 2482,5 133,6 5,1 10 2571,9 44,1 1,7 8 2579,5 36,5 1,4 6,3 2579,5 36,5 1,4 4 2579,5 36,5 1,4 2 2579,9 36,1 1,4 1 2580,5 35,5 1,4 0,500 2582,0 34,0 1,3 0,400 2582,9 33,2 1,3 0,250 2585,8 30,2 1,2 0,125 2590,1 25,9 1,0 0,075 2594,8 21,2 0,8 0,063 2596,7 19,3 0,7 Peso aggregati [g] 2616 116 5.1.3 Aggregato fresato (RAP)
La fresatura delle superfici in conglomerato bituminoso da cui è stato ricavato il RAP è stata svolta attraverso il passaggio di una macchina scarificatrice con utensili speciali e depolverizzati che ruotano su un tamburo. Questi utensili montati su barre di trascinamento rotanti possono essere regolati per scalfire la superficie con profondità diverse secondo le esigenze. Nel caso in analisi si è utilizzata una pezzatura di 0-20. L''aggregato fresato presenta una sottile pellicola di bitume, residuo della precedente pavimentazione. Va considerato che durante la miscelazione ed il precedente riscaldamento del materiale il calore fa rinvenire la pellicola di bitume che nel fresato ricopre gli aggregati. Questo bitume rinvenuto funge effettivamente da legante anche se presenta alcuni problemi dovuti al suo invecchiamento, che si riflette in una maggiore difficoltà di lavorazione ed in un irrigidimento del conglomerato. Dal punto di vista fisico e chimico, il bitume contenuto nel fresato ha subito importanti trasformazioni nel tempo: si è notevolmente irrigidito, perdendo le caratteristiche di plasticità e di coesione e quindi la sua capacità legante a causa dell''ossidazione e della perdita delle parti più leggere (oli e resine) che inizialmente conteneva. Da molti studi che hanno monitorato il comportamento fisico-chimico del bitume estratto si è riscontrato che il materiale, rispetto alle sue caratteristiche iniziali, subisce nel tempo un progressivo aumento del punto di rammollimento (35% circa) ed una diminuzione della penetrazione con variazioni fino al 70% in meno. Per trovare quindi il quantitativo di bitume rilasciato del fresato oggetto di studio durante la fase di miscelazione sono state fatte una serie di determinazioni su diversi campioni di materiale di recupero secondo le normative di riferimento UNI EN 12697-34/2004 e CNR BU 30/73. ' stato utilizzato un apparecchio che si compone di un vaso in pyrex riempito con una certa quantità di trielina, un cestello in rete inox e un coperchio condensatore con attacchi per l''entrata e l''uscita di acqua, come si può vedere nella Figura 5.6. Il quantitativo così trovato è stato detratto da quello totale pari al 4,5% rispetto al peso totale degli aggregati definito precedentemente per ogni tipo di miscela. Di conseguenza si sono eseguite in questo caso due analisi granulometriche, una pre e una post estrazione, visibili nelle figure 5.7 e 5.8 con annesse tabelle.
Figura 5.6 - Estrazione 117 ' FRESATO 0-20 (pre-estrazione) Tabella 5.5 - Fresato 0-20 pre-estrazione Figura 5.7 - Curva granulometrica fresato pre-estrazione 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0.01 0.1 1 10 100 P a ss a n te [ % ] Dimensione [mm] Apertura Trattenuto Passante Passante [mm] [g] [g] [%] 31,5 0.0 2001.5 100.0 25 23.4 1978.1 98.8 20 57.9 1943.6 97.1 16 125.5 1876.0 93.7 14 204.1 1797.4 89.8 12,5 283.4 1718.1 85.8 10 451.7 1549.8 77.4 8 629.4 1372.1 68.6 6,3 828.8 1172.7 58.6 4 1146.6 854.9 42.7 2 1458.3 543.2 27.1 1 1727.3 274.2 13.7 0,500 1896.4 105.1 5.3 0,250 1962.1 39.4 2.0 0,125 1983.9 17.6 0.9 0,075 1992.3 9.2 0.5 0,063 1994.6 6.9 0.3 Peso aggregati [g] 2001.5 118 ' FRESATO 0-20 (post-estrazione)
Tabella 5.6 - Fresato 0-20 post-estrazione Figura 5.8 - Curva granulometrica fresato post-estrazione 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0.01 0.1 1 10 100 P a ss a n te [ % ] Dimensione [mm] Apertura Trattenuto Passante Passante [mm] [g] [g] [%] 31,5 0.0 1751.4 100.0 25 0.0 1751.4 100.0 20 0.0 1751.4 100.0 16 37.7 1713.7 97.8 14 54.4 1697.0 96.9 12,5 101.1 1650.3 94.2 10 204.6 1546.8 88.3 8 352.7 1398.7 79.9 6,3 514.6 1236.8 70.6 4 797.0 954.4 54.5 2 1056.2 695.2 39.7 1 1275.6 475.8 27.2 0,500 1490.7 260.7 14.9 0,250 1587.2 164.2 9.4 0,125 1674.9 76.5 4.4 0,075 1720.9 30.5 1.7 0,063 1722.5 28.9 1.7 Peso aggregati [g] 1751.4 119 Si confrontano le due curve sopra riportate così da poter osservare come sia effettivamente presente del bitume sui grani, il quale modifica parecchio il diametro dei singoli aggregati (Figure 5.9 '' 5.10). Figura 5.9 - Confronto curve granulometriche pre e post estrazione Figura 5.10 - Confronto aggregato pre e post estrazione 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0.01 0.1 1 10 100 P a ss a n te [ % ] Dimensione [mm] Post-estrazione Pre-estrazione 120 Si è ripetuta tale procedura su di un analogo campione, anch''esso da 2 kg così da individuare un valore medio del contenuto di bitume. ' stato individuato pari al 4.8 %. La conoscenza di tale valore è fondamentale per la realizzazione delle miscele con 50 % di fresato poiché se ne terrà conto per giungere ad un complessivo 4.5% sul peso totale della miscela. 5.1.4 Cemento
Si è utilizzato un CEM II/A LL 42.5 R dove: ' II: identifica un cemento portland composito; ' A: indica che la percentuale di clinker, nonostante l''aggiunta è elevata e non è inferiore all''80% di quella di un cemento senza aggiunte; ' LL: identifica l''aggiunta come aggiunta calcarea; ' 42.5: specifica la classe di resistenza, cioè il valore di resistenza a compressione, misurato in Mpa, che raggiunge un provino confezionato in modo standardizzato con questo cemento dopo ventotto giorni di maturazione; ' R: indica che lo sviluppo della resistenza è rapido, con una resistenza a compressione di almeno 20 Mpa dopo soli due giorni di maturazione. 5.2 Miscelazione
In questa fase è stato utilizzato il miscelatore Wirtgen già descritto nel capitolo 1. Inizialmente tutto il materiale è stato opportunamente asciugato con delle teglie lasciate in forno per 24 ore alla temperatura di 60 gradi al fine di far evaporare l''acqua ed avere così il peso effettivo del solo aggregato. Una volta asciugato il tutto si è passati alla preparazione della miscela vera e propria: dopo aver opportunamente pesato le quantità necessarie si sono, trattandosi di un conglomerato tiepido, pre-riscaldati gli aggregati delle varie pezzature, sia vergine che fresato, a 95°C, successivamente sono stati riposti nel miscelatore. ' stato aggiunto un 1% di cemento, questo a temperatura ambiente, e in seguito è stata azionata la macchina. Questa ha lo scopo di simulare il comportamento delle macchine da cantiere e quindi rimescolare il materiale per renderlo il più possibile omogeneo. Ogni miscela è composta da 35 kg di materiale di conseguenza, avendo la macchina una capienza massima di 30 kg si è spezzata l''operazione in due parti da 17.5 kg. Per ogni miscela si sono realizzati 10 campioni da 3 kg ciascuno. Il miscelatore è caratterizzato da una velocità variabile che può raggiunger al massimo 110 giri/ minuti; nel caso in esame si è deciso di impostare la velocità intorno al 40-50% del valore massimo. Dopo un minuto di miscelazione è stato spruzzato il bitume schiumato direttamente dalla schiumatrice e la miscelazione è proseguita per altri 90 secondi. La spruzzatura avviene analogamente a quando si studiava il bitume con la sola differenza che in questo caso viene immesso tramite un ugello nel miscelatore, anziché in un secchio. Questa operazione avviene con le pale già attive per evitare che il bitume si attacchi completamente alle stesse con tutto il materiale più fine. A questo punto il miscelatore è stato girato e svuotato completamente. Dato che la temperatura di compattazione in questa tipologia di conglomerato è fondamentale e, dato che la tempistica necessaria alla miscelazione portava la temperatura a scendere anche a 60°C si è deciso di rimettere la miscela in forno ed attendere che tornasse a 95°C prima di passare alla compattazione. 121 Nel dettaglio sono state realizzate 5 miscele, ovvero: ' MISCELA 1: AV_160°_2%: 100% di aggregato vergine con bitume schiumato a 160°C con un contenuto d''acqua del 2%; ' MISCELA 2: AR50_160°_2%: 50% di aggregato vergine e 50% di RAP con bitume schiumato a 160°C con contenuto d''acqua del 2%; ' MISCELA 3: AR50_180°_2%: 50% di aggregato vergine e 50% di RAP con bitume schiumato a 180°C con contenuto d''acqua del 2%; ' MISCELA 4: AR50_160°_4%: 50% di aggregato vergine e 50% di RAP con bitume schiumato a 160°C con contenuto d''acqua del 4%; ' MISCELA 5: AR50_180°_4%: 50% di aggregato vergine e 50% di RAP con bitume schiumato a 180°C con contenuto d''acqua del 4%; Si osserva che è necessario rispettare un fuso di accettazione (Figura 5.11) assegnato per la creazione di curve aventi una granulometria il più possibile continua contenente pezzature eterogenee in modo tale da garantire un giusto ingranamento degli inerti, fattore strettamente correlato alla capacità portante e al grado di addensamento del materiale. Figura 5.11 - Fuso granulometrico Nel caso in esame, essendo una delle prime sperimentazioni con il bitume schiumato si è deciso di iniziare da un confronto con una tesi già esistente che trattava conglomerati con emulsione bituminosa (Paladini-Soldavini, 2013). Di conseguenza si è scelto di utilizzare la miscela vergine scelta dai colleghi ma di utilizzare bitume schiumato al posto di emulsione. Successivamente si sono 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 0.0 0.1 1.0 10.0 100.0 P a s s a n te [ % ] Dimensione granuli [mm] 122 apportate modifiche alla granulometria originaria, inserendo il 50% di RAP e variando le altre pezzature, prestando attenzione a rispettare il fuso di partenza assegnato. Si riporta nel seguito la composizione granulometrica considerando che le miscele da 2 a 5 hanno la medesima composizione per quanto riguarda l''aggregato, mentre ciò che cambia sono le condizioni del bitume schiumato (Tabella 5.7). Miscela Cemento RAP (0-20 mm) <0.075 mm 0-15 mm 0-3 mm 3-6 mm 15-30 mm Bitume AV_160°_2% 1% - 4% 42% - 15% 39% 4.5% AR50_160°_2% 1% 50% 2% - 14% 10% 24% 4.5% AR50_180°_2% 1% 50% 2% - 14% 10% 24% 4.5% AR50_160°_4% 1% 50% 2% - 14% 10% 24% 4.5% AR50_180°_4% 1% 50% 2% - 14% 10% 24% 4.5% Tabella 5.7 - Miscele realizzate Di seguito vengono riportate le tabelle 5.8 e 5.9 relative alle granulometrie utilizzate, supportate dalle figure 5.12 e 5.13 rappresentanti le curve all''interno del fuso di accettazione. APERTURA (mm) <0.075 mm 0-15 mm 3-6 mm 15-30 mm Miscela Progettata Passante (%) Impiego (%) Passante (%) Impiego (%) Passante (%) Impiego (%) Passante (%) Impiego (%) Passante (%) 31,5 100,0 4,0 100,0 42,0 100,0 15,0 100,0 39,0 100,0 25 100,0 4,0 100,0 42,0 100,0 15,0 89,1 34,7 95,7 20 100,0 4,0 100,0 42,0 100,0 15,0 62,4 24,3 85,3 18 100,0 4,0 100,0 42,0 100,0 15,0 46,7 18,2 79,2 16 100,0 4,0 100,0 42,0 100,0 15,0 29,8 11,6 72,6 14 100,0 4,0 99,3 41,7 100,0 15,0 12,1 4,7 65,4 12,5 100,0 4,0 98,8 41,5 100,0 15,0 4,5 1,7 62,2 10 100,0 4,0 94,5 39,7 100,0 15,0 1,0 0,4 59,1 8 100,0 4,0 87,8 36,9 100,0 15,0 0,7 0,3 56,1 6,3 100,0 4,0 79,8 33,5 97,9 14,7 0,7 0,3 52,5 4 100,0 4,0 69,0 29,0 71,4 10,7 0,7 0,3 44,0 2 100,0 4,0 64,7 27,2 22,7 3,4 0,7 0,3 34,9 1 100,0 4,0 59,5 25,0 4,0 0,6 0,7 0,3 29,9 0,5 99,8 4,0 42,5 17,8 1,3 0,2 0,7 0,3 22,3 0,4 100,0 4,0 33,1 13,9 1,1 0,2 0,6 0,2 18,3 0,25 97,7 3,9 13,5 5,7 0,8 0,1 0,5 0,2 9,9 0,125 90,3 3,6 3,3 1,4 0,5 0,1 0,3 0,1 5,2 0,075 100,0 4,0 1,1 0,4 0,3 0,0 0,2 0,1 4,6 0,063 75,9 3,0 0,7 0,3 0,2 0,0 0,1 0,0 3,4 Tabella 5.8 - Miscela 1 con aggregato vergine 123 Figura 5.12 - Miscela 1 e fuso di accettazione In figura 5.13 è presente un''immagine relativa alla miscela preparata suddivisa nelle apposite pezzature Figura 5.13 - Miscela 1 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0.01 0.1 1 10 100 1000 P a ss a n te [ % ] Dimensione granuli [mm] AV_160°_2% 124 APERTU RA (mm) <0.075 mm 0-3 mm 3-6 mm 15-30 mm RAP (0-20 mm) Miscela Progettata Pass (%) Imp (%) Pass (%) Imp (%) Pass (%) Imp (%) Pass (%) Imp
(%) Pass (%) Imp (%) Passante (%) 31,5 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 100.0 24.0 100.0 50.0 100.0 25 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 89.1 21.4 98.4 49.2 96.6 20 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 62.4 15.0 95.7 47.9 88.8 16 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 46.7 11.2 91.5 45.8 83.0 14 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 29.8 7.2 88.2 44.1 77.3 12,5 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 12.1 2.9 84.2 42.1 71.0 10 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 4.5 1.1 75.1 37.6 64.6 8 100.0 2.0 100.0 14.0 100.0 10.0 1.0 0.2 65.1 32.5 58.8 6,3 100.0 2.0 100.0 14.0 94.0 9.4 0.7 0.2 54.9 27.5 53.6 4 100.0 2.0 100.0 14.0 43.0 4.3 0.7 0.2 38.9 19.4 45.6 2 100.0 2.0 100.0 13.6 8.0 0.8 0.7 0.2 24.4 12.2 37.8 1 100.0 2.0 100.0 12.7 2.0 0.2 0.7 0.2 12.5 6.2 26.7 0,5 100.0 2.0 97.0 9.8 1.0 0.1 0.7 0.2 5.0 2.5 19.0 0,25 100.0 2.0 91.0 2.7 1.0 0.1 0.5 0.1 1.9 0.9 16.0 0,125 100.0 2.0 70.0 0.4 1.0 0.1 0.3 0.1 0.8 0.4 12.4 0,075 98.0 2.0 19.0 0.2 1 0.1 0.2 0.0 0.4 0.2 5.0 0,063 90.0 1.8 3.0 0.1 0.3 0.03 0.1 0.0 0.3 0.2 2.5 Tabella 5.9 - Miscele da 2 a 5 con 50% di RAP Figura 5.14 - Miscele da 2 a 5 con fuso di accettazione 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 0.0 0.1 1.0 10.0 100.0 P a ss a n te [ % ] Dimensione granuli [mm] AR50 125 In figura 5.15 si riporta la miscela utilizzata nei mix con il 50% di RAP. Figura 5.15 - Miscele da 2 a 5 Il risultato di una miscelazione è il seguente (Figura 5.16): Figura 5.16 - Conglomerato schiumato miscelato 126 5.3 Determinazione massima massa volumica
La massima massa volumica apparente viene definita come la massa di un volume unitario del materiale solido, inclusi i pori interni ai granuli non saturabili. Il metodo di prova seguito per determinare questo valore, viene anche detto ''metodo del picnometro'. Il picnometro è un piccolo contenitore di vetro munito di un tappo con un capillare sul quale è riportato un riferimento che serve a definire un preciso volume di liquido al suo interno (Figura 5.17). Figura 5.17 - Picnometro Con tale metodo si prelevano circa 400g di materiale secco dalla miscela presa in esame facendo attenzione a prelevarne un campione rappresentativo; il materiale così preparato viene poi pesato con bilancia di precisione di 0,01 g ed introdotto nel picnometro all''interno del quale viene poi versata acqua distillata in quantità tale da sommergere il materiale e riempire per metà il picnometro stesso, lasciando poi il tutto a riposare per almeno 20 minuti. Passato questo periodo di tempo si procede all''estrazione dell''aria contenuta nell''acqua e fra i granuli del materiale sottoponendo il contenuto del picnometro ad almeno quattro ore di vuoto parziale, avendo cura di agitare frequentemente il recipiente. Dopo questa operazione si riempie il picnometro con l''acqua distillata fino al raggiungimento del livello prefissato segnato sul tappo con il capillare illustrato precedentemente. BC<    D ' E dove: ' p rappresenta la massa del materiale secco contenuto nel picnometro; ' p1 rappresenta la massa alla temperatura T, del picnometro riempito di sola acqua distillata; ' p2 rappresenta la massa alla temperatura T, del picnometro riempito di aggregato e di acqua distillata; ' p+p1-p2 rappresenta la massa di acqua che non è riuscita ad entrare nel picnometro a c della presenza del materiale; ' γw rappresenta la massa volumica dell''acqua distillata e disaerata alla temperatura T, (valore
tabulato). 5.4 Compattazione con pressa a taglio giratoria
Per la realizzazione dei campioni necessari alla determinazione dell stata utilizzata la metodologia di compattazione denominata ''pressa giratoria' ( La compattazione giratoria cerca di ri dai rulli dei trattori stradali, adoperati in cantiere in fase di stesa della pavimentazione, che oltre all''azione assiale dovuta al peso, trasferisce allo strato un''azione di taglio parallela dovuta all''azione di trascinamento; permette quindi di preparare campioni cilindrici aventi caratteristiche di addensamento e di organizzazione interna dei granuli di aggregato molto simili a quelle ottenute in sito. Tale risultato viene velocità prefissata, e inclinando tale asse di un angolo regolabile, applicando in contemporanea una pressione costante su tutta la superficie (Figura 5.19 assiale della pressa si scompone in due componenti, una ortogonale e una parallela alla superficie di applicazione del carico, che riproducono, verosimilmente, l''azione di compattazione del rullo in cantiere. p2 rappresenta la massa alla temperatura T, del picnometro riempito di aggregato e di acqua p2 rappresenta la massa di acqua che non è riuscita ad entrare nel picnometro a c della presenza del materiale; γw rappresenta la massa volumica dell''acqua distillata e disaerata alla temperatura T, (valore Compattazione con pressa a taglio giratoria Per la realizzazione dei campioni necessari alla determinazione delle caratteristiche considerate è stata utilizzata la metodologia di compattazione denominata ''pressa giratoria' (Figura 5.18 Figura 5.18 - Pressa a taglio giratorio La compattazione giratoria cerca di riprodurre in laboratorio il processo di costipamento effettuato dai rulli dei trattori stradali, adoperati in cantiere in fase di stesa della pavimentazione, che oltre all''azione assiale dovuta al peso, trasferisce allo strato un''azione di taglio parallela dovuta all''azione di trascinamento; permette quindi di preparare campioni cilindrici aventi caratteristiche di addensamento e di organizzazione interna dei granuli di aggregato molto simili a quelle ottenute in sito. Tale risultato viene ottenuto facendo ruotare la fustella sul proprio asse a velocità prefissata, e inclinando tale asse di un angolo regolabile, applicando in contemporanea una tutta la superficie (Figura 5.19); proprio grazie a tale angolazione l''azione assiale della pressa si scompone in due componenti, una ortogonale e una parallela alla superficie di applicazione del carico, che riproducono, verosimilmente, l''azione di compattazione del rullo in 127 p2 rappresenta la massa alla temperatura T, del picnometro riempito di aggregato e di acqua p2 rappresenta la massa di acqua che non è riuscita ad entrare nel picnometro a causa γw rappresenta la massa volumica dell''acqua distillata e disaerata alla temperatura T, (valore e caratteristiche considerate è Figura 5.18). produrre in laboratorio il processo di costipamento effettuato dai rulli dei trattori stradali, adoperati in cantiere in fase di stesa della pavimentazione, che oltre all''azione assiale dovuta al peso, trasferisce allo strato un''azione di taglio parallela al piano di carico dovuta all''azione di trascinamento; permette quindi di preparare campioni cilindrici aventi caratteristiche di addensamento e di organizzazione interna dei granuli di aggregato molto simili a ottenuto facendo ruotare la fustella sul proprio asse a velocità prefissata, e inclinando tale asse di un angolo regolabile, applicando in contemporanea una ); proprio grazie a tale angolazione l''azione assiale della pressa si scompone in due componenti, una ortogonale e una parallela alla superficie di applicazione del carico, che riproducono, verosimilmente, l''azione di compattazione del rullo in 128 Figura 5.19 - Schema operativo pressa giratoria La macchina oltre che per il semplice confezionamento dei provini cilindrici viene utilizzato anche per altri scopi sfruttando i dati che essa raccoglie in continuo durante la prova (altezza provino e densità geometrica), più precisamente: ' in funzione del numero di giri è possibile rappresentare le varie fasi di addensamento a cui è soggetto in opera il conglomerato, cioè materiale appena posto in opera oppure materiale che per effetto dell''azione cumulata dei veicoli si trova in una situazione limite di massimo addensamento (post-compattazione); ' è possibile analizzare le modalità di raggiungimento del massimo addensamento costruendo curve di compattazione del materiale ricavate dai dati registrati in continuo dallo strumento; ' agendo sui parametri della macchina (pressione, inclinazione fustella, velocità di rotazione, numero di rotazioni) si ha un elevato controllo dell''addensamento. In Tabella sono riportati i valori dei parametri di compattazione secondo diverse normative tecniche di settore, evidenziando la metodologia seguita. Tabella 5.10 - Parametri di compattazione 129 Si è stabilito di far effettuare alla pressa un numero di giri pari a 180 come spesso richiesto nei vari capitolati per il confezionamento di miscele in conglomerato bituminoso per strati di base, e si è deciso di inserire un quantitativo di materiale all''interno della fustella pari a 3 kg in modo tale da ottenere provini con altezze intorno ai 70 mm, altezza compatibile con le varie tipologie di prove effettuate successivamente (Figura 5.20) Figura 5.20 - Campioni in conglomerato bituminoso schiumato Durante l''addensamento del materiale viene registrata, a distanza di un numero di cicli tale che in scala logaritmica si possa avere una distribuzione di dati costante, l''altezza del provino e il valore della densità geometrica, calcolata conoscendo la geometria del provino e la massa inserita nella fustella (dato input della macchina deciso precedentemente). ' doverosa un''osservazione: in un conglomerato tiepido come quello studiato in questa sede la temperatura di compattazione è fondamentale, in quanto, dato che dopo la miscelazione il conglomerato si trovava a 60-65°C si è ritenuto opportuno rimetterlo in forno al fine di tornare alla temperatura di miscela, ovvero 95°C, prima di procedere alla compattazione. 5.4.1 Lavorabilità e autoaddensamento
La pressa giratoria è dotata di sensori che permettono di registrare in ogni fase della compattazione alcune caratteristiche volumetriche della miscela; in funzione del numero di giri, essa fornisce i valori di altezza e peso del provino, densità, taglio e grado di compattazione. Attraverso tali risultati sono state ricavate le curve di compattazione, che solitamente si ottengono riportando su un grafico semi-logaritmico il numero di giri in ascissa e la percentuale di massima densità raggiunta in ordinata (grado di compattazione). Il grado di compattazione calcolato ad ogni giro del processo di compattazione in base al peso e all''altezza del campione e denominata densità ''non corretta' (Cux). 130 La densità ''non corretta' ad un determinato numero di giri ''x' è calcolata come percentuale della massima massa volumica teorica del conglomerato mediante la seguente equazione: F2  100 BC<  #0 G02 Dove:
G02 = volume del provino a ''x' giri; #0= massa inserita nella fustella (g);
TMD = massima massa volumica (g/cm^3); successivamente il valore di addensamento Cx con il quale si costruiscono le curve di addensamento viene calcolato per mezzo di un coefficiente correttivo che considera gli effetti di bordo, ottenendo così un valore il più possibile vicino a quello reale; possono essere calcolati, tramite un grafico riferito a due assi cartesiani, dove sulle ascisse è riportato il logaritmo del numero di giri, e sulle ordinate il grado di compattazione (Cx), i valori di C1 e k, ovvero auto-addensamento e lavorabilità. Al primo giro della pressa giratoria viene registrato dalla macchina il primo valore di Cux che, opportunamente corretto tramite il coefficiente descritto in precedenza, esprime il grado di auto addensamento C1 che il materiale raggiunge nel corso della sola posa, rappresenta infatti il valore dell''addensamento a seguito del semplice passaggio della finitrice durante la stesa della miscela presa in esame. La relazione analitica che lega i parametri di compattazione e la seguente. %  D H I° Con N° pari al numero di giri compiuti dalla giratoria. Dall''analisi di una rappresentazione grafica di una curva di addensamento qualsiasi si osserva che la lavorabilità coincide con la pendenza della linea, mentre l''auto-addensamento coincide con l''intercetta della linea con l''asse delle ordinate. 5.5 Determinazione della massa volumica apparente
Al fine di calcolare la massa volumica dei provini si è utilizzata la tecnica della pesata idrostatica. Questa si avvale del principio di Archimede e restituisce il valore del peso del provino in seguito all''immersione del campione in acqua (normato dalla UNI EN 12697-6). Dopo aver compattato il materiale si è deciso di fare riposare il campione per una settimana prima di immergerlo in acqua. Dopo questo breve periodo si è passati alla prova in esame con il procedimento di seguito descritto: ' misurare la massa iniziale a secco del provino; ' immergere i provini in acqua per un periodo di almeno 3 ore in appositi contenitori. Questi vanno smossi periodicamente per far fuoriuscire delle piccole bolle d''aria trattenute nel conglomerato (Figura 5.21); ' misurare la massa in acqua del provino facendo attenzione che sia completamente immerso e non ci siano interazioni con i bordi; 131 ' estrarre il provino dall''acqua e misurarlo subito dopo per avere la massa del provino saturo; ' misurare la temperatura dell''acqua durante la prova; ' calcolare la massa specifica dell''acqua alla temperatura di prova secondo la formula fornita dalla normativa, dove t è la temperatura di prova dell''acqua JE  1,00025205 L 7.59  4  5.32  4' 10P Q (i valori in realtà sono tabellati così da velocizzare le operazioni) ' calcolare la massa volumica apparente secondo la formula fornita anch''essa dalla normativa dove m1 è la massa iniziale secca, m2 è la massa in acqua e m3 è la massa del provino saturato. JRSST  UD UV  U' JE Figura 5.21 - Campioni immersi in acqua per saturare 132 5.6 Determinazione dell''indice dei vuoti
' interessante in questa fase dello studio valutare due parametri interessanti per descrivere volumetricamente i campioni: l''indice VMA rappresentante il contenuto di vuoti presenti nella frazione lapidea del provino e l''indice VFB che rappresenta la percentuale di vuoti della frazione lapidea riempiti dal legante. L''indice dei vuoti si ottiene confrontando l''ultimo valore del grado di compattazione Cx restituito dalla pressa giratoria durante la prova e l''unità (100%), lo si può calcolare direttamente graficamente studiando le curve di addensamento come differenza tra la condizione di totale addensamento (Cx= 100%) e il valore massimo raggiunto rappresentato dal punto finale. Per il calcolo di questi fattori si è fatto riferimento alla normativa UNI EN12697-8: GC  G0 W JR JX -%. G0  J0JR J0  100 Con ' G0 contenuto dei vuoti; ' J0 massima massa volumica calcolata col picnometro; ' JR massa volumica del campione; ' JX densità del legante assunta sempre pari a 1,02 kg/m3 sia per l''emulsione bituminosa che per
il bitume ordinario; ' W contenuto di bitume nella miscela espresso in percentuale. GYW  W JR JX GC  100-%. Al momento della stesura di questa tesi il picnometro non era disponibile per motivi tecnici di conseguenza non riporteranno nel capitolo dei risultati i valori relativi ai vuoti dei campioni realizzati. Tuttavia si ricercano in letteratura studi simili così da poter avere un''idea sui valori possibili. Van der Ven (2005) studiando conglomerati tiepidi con 50% di RAP miscelati a 100°C compattati alla temperatura di 86°C con 80 giri di pressa giratoria, trovò un indice dei vuoti pari al 4% e una densità di 2388 kg/m^3. La procedura operativa seguita da Van der Ven è piuttosto simile a quella seguita in questo studio ad eccezione del numero di giri di compattazione. Maurer nel 2007 trovò valori molto più alti, attorno al 12% tuttavia eseguì studi in sito, dopo tre annie e mezzo di attività della pavimentazione, e non in laboratorio. Kim e Lee (2009) analizzarono miscele a freddo realizzate con aggregati provenienti da diversi siti americani compattando con pressa giratoria con un contenuto di bitume variabile dall''1% al 3%. Individuarono con''1% di bitume un indice dei vuoti variabile fra il 10% e il 17% in base al sito. Osservarono inoltre che all''aumentare di un punto percentuale del contenuto di bitume è corrisposta una conseguente diminuzione di circa un punto percentuale del valore dell''indice dei vuoti. 133 5.7 Determinazione del modulo di rigidezza
Sicuramente il punto finale di questa ricerca è quello di analizzare le proprietà meccaniche dei conglomerati realizzati con il bitume schiumato, quindi in questa fase ci si è dedicati allo studio dei moduli di rigidezza e dei valori di trazione indiretta. Uno alla volta saranno nel seguito discussi in modo teorico e successivamente in relazione alla nostra ricerca. Si aggiunge che sarà importante osservare il confronto con la miscela vergine con bitume ordinario realizzata a caldo (Paladini- Soldavini, 2013). Per misurare il modulo di rigidezza e la variazione dello stesso in relazione ai diversi tipi di miscela con cui sono stati confezionati i provini, è stato utilizzata un''apparecchiatura specifica in grado di applicare impulsi di carico dinamici. La macchina dinamica utilizzata presenta caratteristiche conformi alla normativa UNIEN 12697/26. Questa macchina applicando una trazione indiretta ai provini cilindrici e rilevando le deformazioni orizzontali permette di misurare il modulo di rigidezza. ' importante sottolineare che il modo di operare della macchina è di tipo non distruttivo. Il carico applicato, con un meccanismo oleopneumatico fissato su di un telaio di acciaio, viene distribuito su tutto lo spessore del provino attraverso due barre d''acciaio di dimensioni standard, dette coltelli, caratterizzati da un raggio di curvatura pari a quello del provino da testare. Il coltello inferiore è fissato saldamente alla base di appoggio, mentre quello superiore è rimovibile e trasmette il carico attraverso un perno di acciaio che garantisce l''applicazione di una forza assiale. La cella di carico misura ad ogni ciclo la forza applicata dal meccanismo sopracitato. Il sistema di controllo misura la deformazione orizzontale in direzione perpendicolare all''asse di applicazione del carico, in particolare la misurazione avviene attraverso dei trasduttori di spostamento fissati sul bordo del provino attraverso un supporto. La procedura di prova prevede che si prenda il provino alla temperatura richiesta e lo si inserisce sull''apposito castello di carico. Una volta inserito il castello e il provino all''interno della macchina si impostano attraverso il software i dati di base: ' Temperatura di prova (0°,25°,40°C); ' Diametro del provino (150 mm) ; ' Altezza del provino; ' Coefficiente di Poisson (0,20); ' Tempo di picco (quello che intercorre tra l''istante iniziale in cui il carico viene applicato al provino e l''istante in cui il carico raggiunge il punto di massimo, ovvero quando viene raggiunta la tensione di prova) (124 ms); ' Numero di impulsi di precondizionamento (15); ' Numero dei cicli di prova (5); ' Tensione imposta espressa in KPa (100). Una volta inseriti tutti i parametri di input vengono messi a contatto i trasduttori (Figura 5.22) con la superficie del provino, controllando sul monitor del computer il livello corretto di compressione, affinché sia permessa la lettura delle deformazioni orizzontali subita dal provino. Ad ogni ciclo di carico il software è in grado di registrare la deformazione massima e quindi calcolare il modulo di rigidezza. Si sottolinea che per ogni provino questo procedimento viene effettuato due volte in corrispondenza di due diametri fra loro perpendicolari. Questo poiché il materiale utilizzato 134 non è perfettamente omogeneo e così facendo si è in grado, calcolando la media, di dare un valore accettabile. Si è deciso di osservare il modulo variando la temperatura di condizionamento dei campioni: nello specifico 0°C, 25°C e 40°C. Per valutare se i risultati ottenuti fossero accettabili o meno sono state eseguite più prove analoghe ovvero tre per ogni condizione di stagionatura e temperatura. Sono stati poi considerati i valori medi di ogni condizione. Infatti come già detto il materiale non è omogeneo e quindi operando così si tende ad escludere eventuali provini scadenti o eccessivamente lontani dal valore medio e quindi fuorvianti. Figura 5.22 - Campione posizionato all''interno della macchina dinamica per il calcolo del modulo 135 5.8 Prova di trazione indiretta (Brasiliana)
Attraverso questa tipologia di prova si giunge a rottura per trazione, mediante l''applicazione di un carico verticale crescente che porta a rottura il campione. Il provino, sottoposto a sforzo di compressione, è conseguentemente sottoposto a sforzi di trazione in direzione ortogonale alla direttrice di applicazione del carico (Figura 5.23). Essendo obiettivo importante della trattazione studiare il cambiamento del valore di resistenza a trazione indiretta nelle differenti condizioni si è valutato questo in tutti i casi sopra citati. Si è seguita la norma UNI EN 12697-23. Figura 5.23 - Schema operativo prova brasiliana Importanti per lo studio sono innanzi tutto altezza e diametro del provino, registrati questi valori si inserisce il campione nell''apposito castello (Figura 5.24) caricandolo diametralmente, in modo tale che i coltelli aderiscano direttamente sul diametro. Dando il via alla macchina si inizia la fase di carico dove il campione viene sollevato con una velocità di 51 mm/min, incrementando la forza applicata finché il contatto con il coltello provoca la rottura del campione. La lettura del valore di rottura sul display della macchina è in realtà quello di compressione applicata, da cui si ricava il valore di resistenza a trazione con la seguente formula: ZB  2 %<[ ' P = valore di rottura per compressione; ' D = diametro del campione; ' h = altezza del campione. 136 Figura 5.24 - Apparecchio ITS per prova brasiliana Si sottolinea che così come il modulo di rigidezza anche la trazione indiretta è stata valutata alle tre temperature di analisi, infatti i campioni sono stati rotti immediatamente dopo il calcolo del modulo. 137 CAPITOLO 6 ANALISI DEI RISULTATI SU CONGLOMERATI BITUMINOSI SCHIUMATI
Si riportano in questo i capitolo i risultati relativi alle miscele studiate supportati al solito da grafici. Va sottolineato che per motivi relativi alle tempistiche di lavoro nel paragrafo relativi ai moduli e alla trazione indiretta sono presenti i risultati relativi solamente alla prime tre miscele. Si discuterà in futuro dei risultati relativi alle ultime due sottolineando che si tratta di conglomerati con bitume schiumato variante solo per il contenuto d''acqua rispetto ai casi precedenti (4%). Per cui si reputa comunque possibile trarre alcune conclusioni dopo l''analisi dei moduli con il 2% di contenuto d''acqua. 6.1 Massa Volumica Apparente
In figura 6.1 sono rappresentante le masse volumiche delle 5 miscele studiate, dove ogni valore rappresenta la media dei dieci campioni realizzati per ognuna di esse. Si inserisce di conseguenza anche la deviazione standard per individuare la variabilità dei valori all''interno dei dieci campioni realizzati per ogni miscela. Figura 6.1 - Massa volumica apparente Si osserva come, variando la temperatura, mantenendo il 2% d''acqua la massa volumica apparente presenti una minima diminuzione pari al 3.4%. La variazione tra le due miscele al 4% è ancora inferiore per cui si può assumere che la massa volumica apparente rimane piuttosto costante. Inoltre questi risultati sono in accordo con studi simili individuati in letteratura (Kim e Lee, 2006). 2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4 M v a ( g /c m ^ 3 ) Miscele Massa Volumica Apparente AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% AR50_160°_4% AR50_180°_4% 138 6.2 Modulo di rigidezza
Nel seguito vengono analizzati i risultati ottenuti dallo studio dei moduli di rigidezza con l''utilizzo della macchina dinamica. Come già spiegato in precedenza i campioni sono stati climatizzati in tre condizioni differenti (0°,25° e 40°C). L''obiettivo è non solo determinare l''influenza delle condizioni differenti di schiumatura del bitume ma anche di capire come conglomerati di analoga composizione risentano delle condizioni termiche in cui si trovano. Nelle figure successive sono rappresentati degli istogrammi per un''immediata comprensione della differenza dei moduli. I valori rappresentati sono la media di quelli dei 3 campioni studiati per ogni condizione. Si aggiunge che si è valutato il modulo di ogni provino sui due diametri perpendicolari di cui si è poi fatta la media. Questa operazione è dovuta al fatto che la granulometria utilizzata e le operazioni di confezionamento rendono il singolo campione non rappresentativo. Inizialmente si è studiatala miscela vergine (Figura 6.2). Figura 6.2 - Modulo di Rigidezza - AV_160°_2% Si osserva che il modulo più alto è riscontrabile a 0°C attorno a 6000 Mpa, a 25°C ha subito una diminuzione dell''85% ed a 40°C è nuovamente dimezzato. Questo comportamento è prevedibile, infatti le caratteristiche de bitume e, di conseguenza del conglomerato bituminoso, fanno sì che risenta notevolmente delle condizioni termiche. I valori ottenuti sono poco confortanti poiché 6000 Mpa per un conglomerato a 0°C sono valori abbastanza bassi, per non parlare dei 370 Mpa riscontrati a 40°C. Infatti l''analoga miscela vergine studiata con bitume ordinario a 165°C ha dato valori di modulo notevolmente più alti, come era ovvio immaginarsi, ma anche quella con l''utilizzo di emulsione bituminosa miscelata a 95°C ha dato valori più alti. Nella tabella sottostante si riporta un confronto delle tre situazioni sopracitate (Tabella 6.1). 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 M o d u lo d i ri g id e zz a ( M p a ) Temperatura (°C) Modulo di Rigidezza (AV_160°_2%) 0°C 25°C 40°C 139 Moduli a confronto (Miscela Vergine) (Mpa) T(°C) C.B. Tradizionale C.B. con Emulsione Bituminosa C.B. con Bitume schiumato 0° 18607 11588 5997.88 25° 7376 2474 887.25 40° 2714 750 369.95 Tabella 6.1 - Confronto dei moduli di campioni realizzati con tecniche differenti Da una rapida analisi si osserva che il modulo è dimezzato rispetto al caso con emulsione a 0°C, mentre si è ridotto di quasi due terzi a 25°C. Va osservato tuttavia che questa tecnica di riciclo, come per altro anche quella con emulsione, non sono usate di consuetudine con materiale totalmente vergine ma sono appropriate per una miscela con RAP. Nel seguito si osservano quindi le miscele realizzate con il 50% di fresato. In Figura 6.3 è presente la miscela con bitume schiumato a 160°C con un 2% d''acqua, mentre nella Figura 6.4 quello con bitume schiumato a 180°C e sempre 2% d''acqua. Figura 6.3 - Modulo di Rigidezza - AR50_160°_2% Nella figura 6.3 si possono osservare valori di modulo decisamente più elevati, quella che non cambia è la risposta termica del materiale che presenta il valore massimo a 0°C con un calo dell''83% a 25°C e del 95% a 40°C. Le percentuali sono leggermente differenti nella Figura 6.4 riportata qui di seguito ma il concetto è analogo: i moduli sono più alti che nel caso vergine ed è analogo anche il comportamento legato alla temperatura. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 M o d u lo d i ri g id e zz a ( M p a ) Temperatura (°C) Modulo di Rigidezza (AR50_160°_2%) 0°C 25°C 40°C 140 Figura 6.4 - Modulo di Rigidezza - AR50_180°_2% Si ritiene a questo punto interessante confrontare per ognuna delle temperature analizzate le tre miscele oggetto dello studio. Si riportano a tal proposito nel seguito tre istogrammi ( Figure 6.5 '' 6.6 '' 6.7) ognuno dei quali relativo ad una specifica temperatura. Figura 6.5 - Modulo di Rigidezza - Confronto a 0°C A 0°C il valore del modulo del conglomerato schiumato è aumentato del 99% nella miscela 2 e del 42% nel caso della miscela 3, ovviamente rispetto alla condizione iniziale vergine. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 M o d u lo d i ri g id e zz a ( M p a ) Temperatura (°C) Modulo di Rigidezza (AR50_180°_2%) 0°C 25°C 40°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 M o d u lo d i ri g id e zz a ( M p a ) Miscele Moduli - Confronto a 0°C AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% 141 Figura 6.6 - Modulo di Rigidezza - Confronto a 25°C A 25° e 40°C è riscontrabile una crescita dei valori di modulo oltre che passando condizione vergine a condizione con fresato, anche nell''aumento della temperatura del bitume da 160°C a 180°C a parità delle altre condizioni. Nel primo caso tra AV e AR50_160°_2% il modulo aumenta del 125%, mentre con il conglomerato a 180° è il 180% del punto di partenza. Figura 6.7 - Modulo di Rigidezza - Confronto a 40°C Leggermente inferiore è l''aumento a 40°C ma trattasi comunque del 75 e dell''80% rispettivamente nella miscela 2 e 3. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 M o d u lo d i ri g id e zz a ( M p a ) Miscele Moduli - Confronto a 25°C AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% 0 200 400 600 800 M o d u lo d i ri g id e zz a ( M p a ) Miscele Moduli - Confronto a 40°C AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% 142 Non è possibile confrontare questi valori di modulo con quelli relativi all''emulsione poiché con l''aggiunta del 50% di RAP cambia totalmente la granulometria utilizzata; tuttavia è possibile paragonare una miscela climatizzata a 25°C e un 1% di cemento realizzata presso l''università di Padova (3300 Mpa)con una analoga realizzata in questa sede (2000 Mpa). Effettivamente i nostri risultati sembrerebbero più scadenti considerando anche il fatto che il conglomerato è stato realizzato a freddo a Padova tuttavia, va considerato anche che la granulometria utilizzata è profondamente diversa soprattutto nel contenuto di fine che abbia precedentemente detto essere un elemento fondamentale per determinare la resistenza meccanica dei conglomerati schiumati. 6.3 Resistenza a trazione indiretta (ITS)
Nel seguito si riportano i valori numerici riscontrati con il calcolo della trazione indiretta (Figure 6.8 '' 6.9 '' 6.10). In tutte le miscele, analogamente a quanto riscontrato per i moduli, il conglomerato è influenzato dalla temperatura di condizionamento dei campioni. Infatti a 0°C si riscontrano i valori più alti e a 40°C i più bassi. Figura 6.8 - ITS - AV_160°_2% La variazione è tuttavia più graduale rispetto al caso dei moduli infatti, nel caso vergine, partendo da 0°C c''è un calo del 61% a 25°C e dell''80% a 40°C. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 IT S ( M p a ) Temperatura (°C) ITS (AV_160°_2%) 0°C 25°C 40°C 143 Figura 6.9 - ITS - AR50_160°_2% Comportamento pressoché analogo è riscontrabile nei casi delle miscele 2 e 3 sia per il comportamento decrescente che per quanto riguarda le variazioni percentuali tra un caso e l''altro. Figura 6.10 - ITS - AR50_180°_2% ' interessante nel proseguire la trattazione confrontare fra di loro le miscele alle temperature di climatizzazione del provino, come fatto per altro già nel caso dei moduli (Figure 6.11 '' 6.12 '' 6.13). 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 IT S ( M p a ) Temperatura (°C) ITS (AR50_160°_2%) 0°C 25°C 40°C 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 IT S ( M p a ) Temperatura (°C) ITS (AR50_180°_2%) 0°C 25°C 40°C 144 Figura 6.11 - ITS - Confronto a 0°C A 0°C tra la miscela vergine e la miscela 2 è riscontrabile un incremento del 13% mentre la resistenza a trazione indiretta aumenta nella miscela 3 del 38.6%. A 25°C l''analogo incremento è di 34.7% in un caso e 64.5% nell''altro. Infine a 40°C l''incremento è 19.9% e 36.7% rispettivamente nelle miscele 2 e 3 rispetto alla condizione senza fresato. Figura 6.12 - ITS - Confronto a 25°C 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 IT S ( M p a ) Miscele ITS - Confronto a 0°C AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 IT S ( M p a ) Miscele ITS - Confronto a 25°C AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% 145 Figura 6.13 - ITS - Confronto a 40°C ' interessante osservare che nel caso della trazione indiretta, non solo i valori di conglomerati con fresato sono più alti di quelli con aggregato vergine, ma si riscontra anche un aumento di tali valori in seguito all''utilizzo di bitume schiumato a 180°C rispetto ai casi con temperatura 160°C. Questo aumento è anche piuttosto simile nei casi analizzati e si aggira intorno al 15-20%. Studi futuri potranno dire se effettivamente, come sembra da queste prime miscele, l''aumento della temperatura del bitume schiumato porti a valori di ITS più alti. In base a quanto riportato dal capitolato ANAS il limite inferiore di 0.32 Mpa è rispettato anche se si ribadisce che il valore riportato dal capitolato è riferito ad un materiale miscelato a freddo di conseguenza è normale che nel caso in esame venga rispettato tale limite. Si osserva, relativamente ai valori di modulo e di ITS, che la granulometria influenza abbastanza pesantemente le prestazioni meccaniche del conglomerato. Infatti è noto che il filler ha una notevole influenza sulle prestazioni di un conglomerato schiumato e, osservando le foto relative ai campioni rotti in seguito alla trazione indiretta, si rileva che campioni di analoghe condizioni (stessa miscela e stessa temperatura di climatizzazione) con elevato contenuto di aggregati grossi presentano moduli tendenzialmente più bassi rispetto a quelli con elevato contenuto di fine. Teoricamente i campioni, provenendo da miscele analoghe per composizione e pezzature, dovrebbero essere identici da un punto di vista granulometrico, tuttavia è praticamente impossibile realizzare campioni identici infatti, proprio per questo motivo per ogni condizione vengono studiati tre campioni. 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 IT S ( M p a ) Miscele ITS - Confronto a 40°C AV_160°_2% AR50_160°_2% AR50_180°_2% 146 Figura 6.14 '' Campioni G1; G4; G8 - AR50_180°_2% Figura 6.15 - Dettaglio campione G1 - AR50_180°_2% 147 Figura 6.16 - Dettaglio campione G8 - AR50_180°_2% Si osserva inoltre in fase conclusiva di questo capitolo che è stata prevista un''estrazione di 1.5 kg per ogni miscelazione fatta con il macchinario Wirtgen quindi due per ogni miscela. Tutte le estrazioni hanno dato un valore che si aggirava attorno al 4.5% così da verificare che il contenuto di bitume fosse effettivamente quello richiesto in fase di progettazione. Analogamente, per motivi di verifica, sono state studiate tramite setacciatura le curve granulometriche del materiale estratto le quali, entrando correttamente nel fuso di progettazione, hanno dimostrato la conformità della miscela utilizzata con quella di progettazione. 148 6.4 Conclusioni
Il quantitativo di dati analizzati in quest''ultima fase è inferiore a quello precedente ma permette comunque di giungere ad alcune conclusioni. ' Per quanto riguarda la massa volumica apparente sono state osservate tutte e 5 le miscele confezionate e non sono state riscontrate variazioni considerevoli, che non superano il 3%. ' Si riscontra come il bitume schiumato vada applicato a miscele con elevato contenuto di fresato, dato che i valori di modulo e ITS delle miscele vergini sono nettamente più bassi. ' Si identifica un comportamento suscettibile alle condizioni termiche come ovvio, essendo il bitume un legante assolutamente sensibile alla temperatura. ' Osservando i valori di ITS risulta chiaro come la temperatura del bitume schiumato influenzi le proprietà meccaniche del conglomerato; infatti tra la miscela a 160°C e quella a 180°C, con un analogo 2% d''acqua, il valore di resistenza a trazione indiretta vede un incremento del 20%, indipendentemente dalla temperatura di condizionamento. ' Non è determinabile un analogo comportamento per quanto riguarda i moduli poiché alla temperatura di 0°C la miscela AR50_160°_2% presenta un valore maggiore rispetto alla miscela AR50_180°_2%. 149 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
In questa tesi sono stati effettuati ampi studi sulle proprietà fisiche e reologiche del bitume schiumato valutandone l''influenza su conglomerati bituminosi con elevato contenuto di RAP. Nella prima fase della ricerca sono stati studiati 3 bitumi 70/100 provenienti da raffinerie diverse, due dei quali sono stati studiati anche in seguito all''aggiunta di un additivo schiumante. Il bitume è stato schiumato a quattro temperature (150°C,160°C,170°C,180°C) e a quattro contenuti d''acqua per ciascuna di esse (1%,2%,3%,4%). Studiando i parametri di espansioni e semivita si è giunti alla conclusione, confermata peraltro dalla letteratura, che al crescere del contenuto d''acqua aumenti gradualmente l''espansione e diminuisca la semivita diventando la schiuma meno stabile. L''additivazione è risultata essere di notevole influenza sia per aumentare l''espansione che la semivita. Sono state eseguite diverse prove sui bitumi, alcune più tradizionali come penetrazione e palla anello, altre più moderne come viscosità e DSR. Si è riscontrato che la penetrazione non è inutile nel caso di bitume schiumato a causa dell''aleatorietà dei risultati dovuta alla presenza di bolle nel bitume. Il punto di rammollimento non cambia in modo consistente, di conseguenza si assume che le operazioni di schiumatura non lo influenzino. Per quanto concerne la viscosità questa è strettamente legata alle capacità schiumanti, ovvero un bitume con bassa viscosità tende a fare una schiuma migliore rispetto ad uno con alta viscosità. In alcuni casi la viscosità viene abbassata dalla schiumatura e dall''additivazione tuttavia non è possibile assumerlo come regola e nemmeno trovare un trend legato al contenuto d''acqua. Relativamente al DSR il modulo decresce all''aumentare della temperatura mentre l''angolo di fase aumenta ma al di la di questo è difficile sbilanciarsi in conclusioni poiché è difficile individuare una correlazione con il contenuto d''acqua. Si potrebbe anche supporre che l''acqua non abbia alcuna influenza sulla viscosità e sul modulo complesso, tuttavia sarebbe opportuno proseguire gli studi in questo ambito partendo proprio dai punti ancora sconosciuti e tralasciando le prove risultate inutili. Sulla base comunque dei valori di espansione e semivita confrontati con i valori di viscosità e moduli si è individuata una classificazione dei bitumi studiati riscontrando che i campioni con elevata espansione e semivita erano anche caratterizzati da un valore basso di viscosità e di modulo complesso. Si è quinti scelto un bitume e lo si è utilizzato per realizzare delle miscele, inizialmente con aggregato vergine e successivamente con 50% di RAP. Il quantitativo di dati analizzati in quest''ultima fase è inferiore a quello precedente ma permette comunque di osservare che per quanto riguarda la massa volumica apparente sono state osservate tutte e 5 le miscele confezionate e non sono state riscontrate variazioni considerevoli, infatti non superano il 3%. Si riscontra come il bitume schiumato vada applicato a miscele con elevato contenuto di fresato, dato che i valori di modulo e ITS delle miscele vergini sono nettamente più bassi. Infatti la presenza di bitume rinvenuto sugli aggregati permette una miscelazione più omogenea. 150 Si identifica un comportamento suscettibile alle condizioni termiche come ovvio, essendo il bitume un legante assolutamente sensibile alla temperatura. Osservando i valori di ITS risulta chiaro come la temperatura del bitume schiumato sembrerebbe influenzare le proprietà meccaniche del conglomerato; infatti tra la miscela a 160°C e quella a 180°C, con un analogo 2% d''acqua, il valore di resistenza a trazione indiretta vede un incremento del 20%, indipendentemente dalla temperatura di condizionamento. Non è determinabile un ananlogo comportamento per quanto riguarda i moduli poiché alla temperatura di 0°C la miscela AR50_160°_2% presenta un valore maggiore rispetto alla miscela AR50_180°_2%. Concludendo questa trattazione si espone che la tecnica del bitume schiumato è sicuramente valida per quanto riguarda il riciclaggio delle pavimentazioni per quanto riguarda stabilizzazioni in sito e la realizzazione di strati di base. Al fine di conoscere bene l''influenza del contenuto d''acqua sul bitume e del bitume schiumato stesso sulle miscele a freddo si rimanda a studi futuri. Si raccomandano negli step seguenti prove mirate ad analizzare il cambiamento nella composizione chimica a seguito della schiumatura del bitume. L''evoluzione degli studi relativi a questa tecnica dovrà portare ad identificare nuovi parametri per determinare la qualità della schiuma, più razionali rispetto ad espansione e semivita, ancora molto empirici. 151 APPENDICE '' TABELLE E GRAFICI BITUME MANTOVA CAMPIONE 150°C 2% DATA 18-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 202.09 7.06 195.03 0 202.15 7.06 195.09 1h 202.18 7.06 195.12 2h 202.17 7.06 195.11 1g 202.19 7.06 195.13 2g 202.15 7.06 195.09 5g 202.16 7.06 195.10 6g 202.17 7.06 195.11 14g 202.21 7.06 195.15 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.12 Variazione nel tempo (%) 0.06 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 230.10 7.08 223.02 0 230.20 7.08 223.12 1h 230.24 7.08 223.16 2h 230.25 7.08 223.17 1g 230.27 7.08 223.19 2g 230.26 7.08 223.18 5g 230.23 7.08 223.15 6g 230.26 7.08 223.18 14g 230.24 7.08 223.16 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.14 Variazione nel tempo (%) 0.06 A 1 - Evaporazione Mantova 150°C - 2% 152 BITUME MANTOVA CAMPIONE 150°C 4% DATA 18-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 233.84 7.08 226.76 0 233.88 7.08 226.80 1h 233.87 7.08 226.79 2h 233.88 7.08 226.80 1g 233.90 7.08 226.82 2g 233.86 7.08 226.78 5g 233.83 7.08 226.75 6g 233.83 7.08 226.75 14g 233.79 7.08 226.71 2 mesi Variazione nel tempo (g) -0.05 Variazione nel tempo (%) -0.02 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 158.20 7.08 151.12 0 158.26 7.08 151.18 1h 158.25 7.08 151.17 2h 158.26 7.08 151.18 1g 158.33 7.08 151.25 2g 158.28 7.08 151.20 5g 158.31 7.08 151.23 6g 158.31 7.08 151.23 14g 158.27 7.08 151.19 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.07 Variazione nel tempo (%) 0.05 A 2 - Evaporazione Mantova 150°C - 4% 153 BITUME MANTOVA CAMPIONE 160°C 2% DATA 17-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 98.14 7.11 91.03 0 98.10 7.11 90.99 1h 98.15 7.11 91.04 2h 98.14 7.11 91.03 1g 98.16 7.11 91.05 2g 98.15 7.11 91.04 3g 98.15 7.11 91.04 6g 98.09 7.11 90.98 7g 98.15 7.11 91.04 15g 98.12 7.11 91.01 2 mesi Variazione nel tempo (g) -0.02 Variazione nel tempo (%) -0.02 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 163.94 7.11 156.83 0 163.96 7.11 156.85 1h 163.95 7.11 156.84 2h 163.94 7.11 156.83 1g 163.99 7.11 156.88 2g 164.03 7.11 156.92 3g 163.99 7.11 156.88 6g 164.01 7.11 156.90 7g 163.96 7.11 156.85 15g 163.98 7.11 156.87 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.04 Variazione nel tempo (%) 0.03 A 3 - Evaporazione Mantova 160°C - 2% 154 BITUME MANTOVA CAMPIONE 160°C 4% DATA 17-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 195.10 7.15 187.95 0 195.13 7.15 187.98 1h 195.14 7.15 187.99 2h 195.13 7.15 187.98 1g 195.14 7.15 187.99 2g 195.13 7.15 187.98 3g 195.11 7.15 187.96 6g 195.13 7.15 187.98 7g 195.11 7.15 187.96 15g 195.18 7.15 188.03 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.08 Variazione nel tempo (%) 0.04 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 203.81 7.16 196.65 0 203.82 7.16 196.66 1h 203.88 7.16 196.72 2h 203.86 7.16 196.70 1g 203.91 7.16 196.75 2g 203.90 7.16 196.74 3g 203.92 7.16 196.76 6g 203.88 7.16 196.72 7g 203.93 7.16 196.77 15g 203.87 7.16 196.71 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.06 Variazione nel tempo (%) 0.03 A 4 - Evaporazione Mantova 160°C - 4% 155 BITUME MANTOVA CAMPIONE 180°C 2% DATA 20-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 102.61 6.96 95.65 0 102.58 6.96 95.62 1h 102.62 6.96 95.66 2h 102.60 6.96 95.64 3g 102.59 6.96 95.63 4g 102.63 6.96 95.67 12g 102.63 6.96 95.67 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.02 Variazione nel tempo (%) 0.02 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 147.79 6.96 140.83 0 147.88 6.96 140.92 1h 147.87 6.96 140.91 2h 147.89 6.96 140.93 3g 147.88 6.96 140.92 4g 147.87 6.96 140.91 12g 147.87 6.96 140.91 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.08 Variazione nel tempo (%) 0.06 A 5 - Evaporazione Mantova 180°C - 2% 156 BITUME MANTOVA CAMPIONE 180°C 4% DATA 20-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 79.73 6.97 72.76 0 79.76 6.97 72.79 1h 79.80 6.97 72.83 2h 79.73 6.97 72.76 3g 79.76 6.97 72.79 4g 79.72 6.97 72.75 12g 79.74 6.97 72.77 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.01 Variazione nel tempo (%) 0.01 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 156.95 6.95 150.00 0 157.10 6.95 150.15 1h 157.13 6.95 150.18 2h 157.10 6.95 150.15 3g 157.13 6.95 150.18 4g 157.10 6.95 150.15 12g 157.10 6.95 150.15 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.15 Variazione nel tempo (%) 0.10 A 6 - Evaporazione Mantova 180°C - 4% 157 BITUME MANTOVA + ADD CAMPIONE 150°C 2% DATA 18-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 248.82 7.12 241.70 0 248.82 7.12 241.70 1h 248.81 7.12 241.69 1g 248.80 7.12 241.68 2g 248.82 7.12 241.70 5g 248.81 7.12 241.69 6g 248.80 7.12 241.68 14g 248.76 7.12 241.64 2 mesi Variazione nel tempo (g) -0.06 Variazione nel tempo (%) -0.02 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 202.93 7.12 195.81 0 203.10 7.12 195.98 1h 203.13 7.12 196.01 1g 203.18 7.12 196.06 2g 203.16 7.12 196.04 5g 203.12 7.12 196.00 6g 203.18 7.12 196.06 14g 203.11 7.12 195.99 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.18 Variazione nel tempo (%) 0.09 A 7 - Evaporazione Mantova + Add 150°C - 2% 158 BITUME MANTOVA + ADD CAMPIONE 180°C 2% DATA 20-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 86.59 7.12 79.47 0 86.62 7.12 79.50 1h 86.56 7.12 79.44 3g 86.57 7.12 79.45 4g 86.57 7.12 79.45 12g 86.55 7.12 79.43 2 mesi Variazione nel tempo (g) -0.04 Variazione nel tempo (%) -0.05 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 169.44 7.10 162.34 0 169.53 7.10 162.43 1h 169.52 7.10 162.42 3g 169.59 7.10 162.49 4g 169.53 7.10 162.43 12g 169.53 7.10 162.43 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.09 Variazione nel tempo (%) 0.06 A 8 - Evaporazione Mantova + Add 180°C - 2% 159 BITUME MANTOVA + ADD CAMPIONE 180°C 4% DATA 20-set CONSERVAZIONE AMBIENTE Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 85.06 7.14 77.92 0 85.09 7.14 77.95 3g 85.07 7.14 77.93 4g 85.07 7.14 77.93 12g 85.11 7.14 77.97 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.05 Variazione nel tempo (%) 0.06 CONSERVAZIONE FREEZER Peso Complessivo (g) Tara (g) Netto Bitume (g) Tempo 85.87 7.14 78.73 0 85.96 7.14 78.82 3g 86.04 7.14 78.90 4g 86.01 7.14 78.87 12g 85.98 7.14 78.84 2 mesi Variazione nel tempo (g) 0.11 Variazione nel tempo (%) 0.14 A 9 - Evaporazione Mantova + Add 180°C - 4% 160 LIVORNO 180° 1% 43 LIVORNO 180° 2% 44 LIVORNO 180° 3% 43 LIVORNO 180° 4% 43 LIVORNO 160° 4% 43 LIVORNO VERGINE 40 RAVENNA 180° 1% 46 RAVENNA 180° 2% 46 RAVENNA 180° 3% 47 RAVENNA 180° 4% 47 RAVENNA 170° 1% 46 RAVENNA 170° 3% 47 RAVENNA 170° 4% 46 RAVENNA 160° 1% 48 RAVENNA 160° 4% 47 RAVENNA 150° 1% 47 RAVENNA 150° 2% 46 RAVENNA 150° 4% 46 RAVENNA VERGINE 46 RAVENNA ADDITIVATO 180° 1% 44 RAVENNA ADDITIVATO 180° 2% 44 RAVENNA ADDITIVATO 180° 3% 45 RAVENNA ADDITIVATO 180° 4% 45 RAVENNA ADDITIVATO 170° 1% 45 RAVENNA ADDITIVATO 170° 4% 44 RAVENNA ADDITIVATO 160° 1% 46 RAVENNA ADDITIVATO 160° 4% 45 RAVENNA ADDITIVATO 150° 1% 46 RAVENNA ADDITIVATO 150° 2% 47 RAVENNA ADDITIVATO 150° 3% 45 RAVENNA ADDITIVATO 150° 4% 46 RAVENNA ADDITIVATO VERGINE 45 161 MANTOVA 180° 1% 48 MANTOVA 180° 2% 47 MANTOVA 180° 3% 46 MANTOVA 180° 4% 48 MANTOVA 170° 1% 48 MANTOVA 170° 4% 48 MANTOVA 160° 1% 46 MANTOVA 160° 4% 47 MANTOVA 150° 1% 46 MANTOVA 150° 4% 47 MANTOVA VERGINE 47 MANTOVA ADDITIVATO 180° 1% 46 MANTOVA ADDITIVATO 180° 2% 45 MANTOVA ADDITIVATO 180° 3% 46 MANTOVA ADDITIVATO 180° 4% 46 MANTOVA ADDITIVATO 170° 1% 45 MANTOVA ADDITIVATO 170° 4% 47 MANTOVA ADDITIVATO 160° 1% 47 MANTOVA ADDITIVATO 160° 4% 44 MANTOVA ADDITIVATO 150° 1% 46 MANTOVA ADDITIVATO 150° 4% 46 MANTOVA ADDITIVATO VERGINE 45 A 10 - Palla anello 162 LIVORNO VERGINE -0.87832 LIVORNO 160° 4% -1.07447 LIVORNO 180° 1% -0.15723 LIVORNO 180° 2% -0.46696 LIVORNO 180° 3% -0.44544 LIVORNO 180° 4% 0.341935 RAVENNA 180° 1% -1.33341 RAVENNA 180° 2% -1.16077 RAVENNA 180° 3% -1.02255 RAVENNA 180° 4% -0.69643 RAVENNA 170° 1% -0.63452 RAVENNA 170° 3% -0.29996 RAVENNA 170° 4% -0.73859 RAVENNA 160° 1% 0.015871 RAVENNA 160° 4% -0.57871 RAVENNA 150° 1% -0.47922 RAVENNA 150° 2% -0.86689 RAVENNA 150° 4% -1.06596 RAVENNA VERGINE -1.37729 RAVENNA ADD 180° 1% -0.26324 RAVENNA ADD 180° 2% -0.18813 RAVENNA ADD 180° 3% -1.45521 RAVENNA ADD 180° 4% -0.95215 RAVENNA ADD 170° 1% -1.07809 RAVENNA ADD 170° 4% -1.29132 RAVENNA ADD 160° 1% -1.29852 RAVENNA ADD 160° 4% -0.75283 RAVENNA ADD 150° 1% -0.80167 RAVENNA ADD 150° 2% -0.13386 RAVENNA ADD 150° 3% -1.57413 RAVENNA ADD 150° 4% -1.58325 RAVENNA ADD VERGINE -0.68128 163 MANTOVA 180° 1% -0.96879 MANTOVA 180° 2% -1.15908 MANTOVA 180° 3% -1.75342 MANTOVA 180° 4% -1.20627 MANTOVA 170° 1% -0.04531 MANTOVA 170° 4% 0.416137 MANTOVA 160° 1% -0.03688 MANTOVA 160° 4% -0.90978 MANTOVA 150° 1% -0.19961 MANTOVA 150° 4% -0.20907 MANTOVA VERGINE -0.61551 MANTOVA ADD 180° 1% -2.41116 MANTOVA ADD 180° 2% -1.98955 MANTOVA ADD 180° 3% -2.07094 MANTOVA ADD 180° 4% -1.59055 MANTOVA ADD 170° 1% -0.95215 MANTOVA ADD 170° 4% 0.115971 MANTOVA ADD 160° 1% 0.275061 MANTOVA ADD 160° 4% -1.28723 MANTOVA ADD 150° 1% -0.19961 MANTOVA ADD 150° 4% -0.46642 MANTOVA ADD VERGINE 0.102605 A 11 - IP 164 LIVORNO VERGINE 160° 2% 160° 3% 160° 4% T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) 90 5500 90 5550 90 5890 90 5050 100 2310 100 2380 100 2420 100 2750 110 1120 110 1280 110 1590 110 1700 120 606 120 860 120 1030 120 900 130 358 130 435 130 580 130 615 140 226 140 260 140 370 140 430 150 152 150 184 150 210 150 240 160 110 160 117 160 145 160 115 170 76 170 84 170 90 170 80 180 56 180 63 180 64 180 58 RAVENNA VERGINE 160° 2% 160° 3% 160° 4% T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) 90 10100 90 9130 90 6650 90 6264 100 4000 100 3710 100 3060 100 2746 110 2080 110 1540 110 1690 110 1360 120 1190 120 880 120 1005 120 1015 130 603 130 500 130 690 130 621 140 396 140 303 140 420 140 345 150 260 150 185 150 210 150 164 160 175 160 120 160 132 160 131 170 116 170 90 170 90 170 89.3 180 85 180 65 180 66 180 65.3 RAVENNA ADDITIVATO VERGINE 160° 2% 160° 3% 160° 4% T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) 90 8100 90 8450 90 6256 90 7050 100 3500 100 3370 100 3300 100 3500 110 1750 110 1515 110 1550 110 1530 120 915 120 928 120 1030 120 1050 130 555 130 439 130 510 130 570 140 350 140 265 140 380 140 300 150 184 150 174 150 230 150 196 160 126 160 118 160 150 160 127 170 88 170 84 170 103 170 94 180 64 180 61.1 180 72 180 64 MANTOVA VERGINE 160° 2% 160° 3% 160° 4% T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) 90 4500 90 5600 90 4500 90 6300 165 100 1950 100 2700 100 2600 100 3820 110 930 110 1300 110 1500 110 1500 120 550 120 710 120 810 120 930 130 325 130 400 130 500 130 530 140 200 140 260 140 280 140 258 150 131 150 168 150 170 150 138 160 94 160 108 160 120 160 95 170 66 170 78 170 80 170 67 180 45 180 60 180 58 180 48 MANTOVA ADDITIVATO VERGINE 160° 2% 160° 3% T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) T (°C) Visc (Cp) 90 4840 90 4300 90 5400 100 2224 100 2200 100 3700 110 1080 110 1280 110 1700 120 570 120 700 120 1150 130 333 130 380 130 560 140 198 140 260 140 390 150 135 150 160 150 163 160 93 160 112 160 98 170 66 170 90 170 61 180 44 180 68 180 48 A 12 - Viscosità bitumi 166 A 13 - Analisi Complessiva Livorno (Zoom) A 14 - Analisi Complessiva Ravenna (Zoom) 50 500 150 160 170 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Livorno Liv vergine Liv 2% Liv 3% Liv 4% 50 500 150 160 170 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Ravenna Rav vergine Rav 2% Rav 3% Rav 4% 167 A 15 - Analisi Complessiva Ravenna + Add (Zoom) A 16 - Analisi Complessiva Mantova (Zoom) 50 500 150 160 170 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Ravenna + Add Rav Vergine + Add Rav + Add 2% Rav + Add 3% Rav + Add 4% 50 500 150 160 170 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Mantova Man vergine Man 2% Man 3% Man 4% 168 A 17 - Analisi Complessiva Mantova + Add (Zoom) A 18 - Bitumi Vergini Viscosità in scala decimale 50 500 150 160 170 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Mantova + Add Man Vergine + Add Man + Add 2% Man + Add 3% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura °(C) Bitumi Vergini Liv Vergine Rav Vergine Rav Vergine + Add. Man Vergine Man Vergine + add 169 A 19 - Bitumi con 2% d'acqua Viscosità in scala decimale A 20 - Bitumi con 3% d'acqua Viscosità in scala decimale 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura °(C) Bitumi schiumati 160° - 2% acqua Liv 2% Rav 2% Rav + Add 2% Man 2% Man+ Add 2% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Bitumi schiumati 160° - 3% acqua Liv 3% Rav 3% Rav + Add 3% Man 3% Man + Add 3% 170 A 21 - Bitumi con 4% d'acqua Viscosità in scala decimale A 22 - Analisi complessiva Livorno (scala decimale) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura °(C) Bitumi schiumati 160° - 4% acqua Liv 4% Rav 4% Rav + Add 4% Man 4% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Livorno Liv vergine Liv 2% Liv 3% Liv 4% 171 A 23 - Analisi complessiva Ravenna (scala decimale) A 24 - Analisi complessiva Ravenna + Add (scala decimale) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Ravenna Rav vergine Rav 2% Rav 3% Rav 4% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Ravenna + Add Rav Vergine + Add Rav + Add 2% Rav + Add 3% Rav + Add 4% 172 A 25 - Analisi complessiva Mantova (scala decimale) A 26 - Analisi complessiva Mantova + Add (scala decimale) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Mantova Man vergine Man 2% Man 3% Man 4% 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 V is co si tà ( cp ) Temperatura (°C) Analisi complessiva Mantova + Add Man Vergine +
Add Man + Add 2% Man + Add 3% 173 LIVORNO VERGINE Temper ature (°C) Freque ncy (Hz) Phase angle δ(°) Complex
modulus G* (kPa) Elastic modulus G' (kPa) Viscous Modulus G''(kPa) Complex
Viscosity η*(Pas) Shear stress ' (Pa) Strain % 46 1.67 87.10 6.02 0.31 6.01 557.41 719.41 11.96 52 1.67 88.00 2.35 0.08 2.35 217.59 287.59 12.23 58 1.67 88.70 1.04 0.02 1.04 96.30 125.77 12.08 64 1.67 88.80 0.47 0.01 0.47 43.89 57.79 12.15 160°C 1% 46 1.67 86.83 7.42 0.42 7.41 687.04 869.00 11.70 52 1.67 87.96 3.14 0.11 3.14 290.74 378.00 12.00 58 1.67 88.70 1.35 0.03 1.35 125.00 161.00 11.90 64 1.67 89.02 0.59 0.01 0.59 54.81 72.00 12.20 160°C 2% 46 1.67 87.12 5.42 0.28 5.41 501.39 632.00 11.60 52 1.67 88.20 2.34 0.08 2.34 216.76 278.00 11.90 58 1.67 88.92 1.03 0.02 1.03 95.74 123.00 11.90 64 1.67 89.18 0.47 0.01 0.47 43.80 56.10 11.80 160°C 3% 46 1.67 87.02 5.79 0.31 5.78 536.11 693.00 11.90 52 1.67 88.02 2.48 0.09 2.48 229.63 292.00 11.80 58 1.67 88.83 1.12 0.02 1.12 103.70 136.00 12.10 64 1.67 89.21 0.50 0.01 0.50 46.30 605.00 12.00 160°C 4% 46 1.67 87.02 6.05 0.32 6.04 560.19 721.00 11.90 52 1.67 88.02 2.55 0.09 2.54 235.74 305.00 12.00 58 1.67 88.77 1.12 0.02 1.12 103.89 134.00 11.90 64 1.67 89.15 0.51 0.01 0.51 47.59 61.10 11.80 A 27 - Valori DSR - Livorno 174 RAVENNA VERGINE Temper ature (°C) Freque ncy (Hz) Phase angle δ(°) Complex
modulus G* (kPa) Elastic modulus G' (kPa) Viscous Modulus G''(kPa) Complex
Viscosity η*(Pas) Shear stress ' (Pa) Strain % 46 1.67 80.10 13.25 2.29 13.05 1226.39 1584.00 11.90 52 1.67 82.77 5.49 0.69 5.44 508.15 655.00 11.90 58 1.67 84.86 2.35 0.21 2.34 217.59 283.00 12.10 64 1.67 88.19 0.99 0.03 0.99 91.67 118.00 12.00 160°C 1% 46 1.67 81.49 11.84 1.76 11.71 1096.30 1325.00 11.96 52 1.67 83.91 4.66 0.50 4.63 431.48 552.00 11.85 58 1.67 85.86 2.00 0.15 1.99 185.19 241.00 12.05 64 1.67 87.19 0.89 0.04 0.89 82.41 107.00 12.05 160°C 2% 46 1.67 81.00 8.33 1.31 8.23 771.30 988.00 11.87 52 1.67 83.56 3.49 0.39 3.46 322.78 414.00 11.90 58 1.67 85.50 1.52 0.12 1.52 140.93 181.00 11.93 64 1.67 86.80 0.78 0.04 0.78 72.13 94.30 12.11 160°C 3% 46 1.67 81.28 10.81 1.65 10.68 1000.93 1262.00 11.67 52 1.67 83.72 4.59 0.51 4.56 425.00 541.00 11.77 58 1.67 85.55 1.91 0.15 1.90 176.85 233.00 12.21 64 1.67 86.98 0.85 0.05 0.85 79.07 100.00 11.71 160°C 4% 46 1.67 78.90 10.70 2.07 10.50 990.74 1269.00 11.86 52 1.67 83.40 4.68 0.54 4.65 433.33 556.00 11.92 58 1.67 85.40 2.01 0.16 2.00 186.11 241.00 12.03 64 1.67 86.70 0.87 0.05 0.87 80.65 101.00 11.72 A 28 - Valori DSR - Ravenna 175 RAVENNA + ADDITIVO VERGINE Temper ature (°C) Freque ncy (Hz) Phase angle δ(°) Complex
modulus G* (kPa) Elastic modulus G' (kPa) Viscous Modulus G''(kPa) Complex
Viscosity η*(Pas) Shear stress ' (Pa) Strain % 46 1.67 81.22 9.85 1.51 9.73 911.67 1183.00 12.00 52 1.67 83.58 3.82 0.43 3.79 353.61 458.00 12.00 58 1.67 85.38 1.70 0.14 1.70 157.50 205.00 12.00 64 1.67 86.37 0.75 0.05 0.75 69.81 90.00 12.00 160°C 1% 46 1.67 80.64 11.54 1.88 11.39 1068.52 1379.70 11.96 52 1.67 83.31 4.85 0.57 4.82 449.07 578.60 11.93 58 1.67 85.23 2.14 0.18 2.13 198.15 254.50 11.91 64 1.67 86.62 0.92 0.05 0.92 85.19 112.40 12.21 160°C 2% 46 1.67 79.20 13.60 2.56 13.36 1259.26 1629.30 11.99 52 1.67 82.10 5.50 0.76 5.45 509.26 639.50 11.65 58 1.67 84.30 2.32 0.23 2.31 214.81 280.60 12.12 64 1.67 85.70 1.03 0.08 1.03 95.37 123.58 12.00 70 1.67 86.20 0.48 0.03 0.48 44.54 57.28 11.93 160°C 3% 46 1.67 81.62 7.49 1.10 7.41 693.52 888.65 11.87 52 1.67 83.72 3.16 0.35 3.14 292.59 370.27 11.71 58 1.67 85.24 1.37 0.11 1.37 126.85 164.64 12.03 64 1.67 85.88 0.58 0.04 0.58 53.70 70.42 12.15 160°C 4% 46 1.67 81.26 9.34 1.43 9.23 864.81 1131.00 12.11 52 1.67 83.57 3.93 0.44 3.90 363.89 4609.00 11.74 58 1.67 85.35 1.73 0.14 1.72 160.19 2082.00 12.04 64 1.67 86.34 0.74 0.05 0.74 68.89 89.17 12.01 A 29 - Valori DSR - Ravenna + Add 176 MANTOVA VERGINE Temper ature (°C) Freque ncy (Hz) Phase angle δ(°) Complex
modulus G* (kPa) Elastic modulus G' (KPa) Viscous Modulus G''(kPa) Complex
Viscosity η*(Pas) Shear stress ' (Pa) Strain % 46 1.67 81.92 7.83 1.10 7.76 781.43 934.12 11.90 52 1.67 84.03 3.29 0.34 3.27 328.12 401.32 12.20 58 1.67 85.38 1.42 0.11 1.41 141.14 169.62 12.00 64 1.67 86.13 0.64 0.04 0.64 64.02 76.33 11.90 160°C 1% 46 1.67 81.37 9.24 1.39 9.22 921.89 1120.60 12.10 52 1.67 83.79 3.74 0.41 3.73 373.87 459.30 12.30 58 1.67 85.36 1.58 0.13 1.57 157.17 192.40 12.20 64 1.67 86.19 0.70 0.05 0.69 69.63 83.83 12.00 160°C 2% 46 1.67 81.10 8.23 1.27 8.13 820.88 980.56 11.90 52 1.67 83.39 3.45 0.40 3.43 344.21 422.87 12.30 58 1.67 84.89 1.50 0.13 1.49 149.35 181.52 12.15 64 1.67 85.59 0.67 0.05 0.66 66.67 80.10 12.00 160°C 3% 46 1.67 81.42 7.89 1.18 7.80 787.00 958.86 12.16 52 1.67 83.68 3.31 0.36 3.29 330.02 398.54 12.06 58 1.67 85.11 1.45 0.12 1.44 144.08 173.60 12.04 64 1.67 85.51 0.62 0.05 0.62 61.81 73.80 11.94 160°C 4% 46 1.67 81.03 8.42 1.31 8.32 839.63 1037.40 12.33 52 1.67 83.34 3.46 0.40 3.44 345.48 421.09 12.17 58 1.67 84.92 1.44 0.13 1.43 143.61 173.71 12.09 64 1.67 85.73 0.63 0.05 0.63 63.13 75.60 11.98 A 30 - Valori DSR - Mantova 177 MANTOVA + ADDITIVO VERGINE Temper ature (°C) Freque ncy (Hz) Phase angle δ(°) Complex
modulus G* (kPa) Elastic modulus G' (kPa) Viscous Modulus G''(kPa) Complex
Viscosity η*(Pas) Shear stress ' (Pa) Strain % 46 1.67 81.87 7.34 1.04 7.27 732.49 887.33 12.09 52 1.67 84.25 3.04 0.30 3.02 302.93 365.66 12.05 58 1.67 85.91 1.30 0.09 1.30 130.08 155.78 11.96 64 1.67 86.71 0.54 0.03 0.54 54.11 65.85 12.15 160°C 1% 46 1.67 81.79 6.24 0.89 6.17 622.24 737.92 11.84 52 1.67 84.18 2.61 0.26 2.59 259.85 309.62 11.90 58 1.67 85.91 1.14 0.08 1.14 114.15 136.87 11.98 64 1.67 87.05 0.54 0.03 0.54 53.63 64.82 12.06 160°C 2% 46 1.67 81.67 7.47 1.08 7.39 744.64 896.06 12.01 52 1.67 84.12 3.07 0.31 3.05 306.05 364.40 11.89 58 1.67 85.88 1.23 0.09 1.23 122.71 151.19 12.31 64 1.67 87.00 0.55 0.03 0.55 55.15 65.69 11.89 160°C 3% 46 1.67 81.33 6.66 1.00 6.58 664.33 781.71 11.74 52 1.67 83.55 2.77 0.31 2.75 276.32 328.28 11.87 58 1.67 84.98 1.17 0.10 1.17 117.17 140.34 11.98 64 1.67 85.65 0.53 0.04 0.53 53.14 63.73 12.00 160°C 4% 46 1.67 80.56 7.01 1.15 6.92 699.48 841.67 12.01 52 1.67 83.01 2.92 0.36 2.90 291.58 353.65 12.12 58 1.67 84.73 1.24 0.11 1.24 123.82 149.33 12.06 64 1.67 85.60 0.55 0.04 0.55 54.79 65.94 12.04 A 31 - Valori DSR - Mantova + Add 178 ESTRAZIONE FRESATO 1°CAMPIONE 2°CAMPIONE 1kg 1kg SOMMA 1kg 1kg SOMMA CESTELLO +C.B. 1293.1 1198.9 2492 1294.2 1199.1 2493.3 PESO CESTELLO 291.8 198 489.8 292.4 197.3 489.7 PESO C.B. 1001.3 1000.9 2002.2 1001.8 1001.8 2003.6 PESO CEST. + AGGR. + FILLER 1 1231.8 1142.4 2374.2 1244.5 1130.7 2375.2 PESO AGGR. + FILLER 1 940 944.4 1884.4 952.1 933.4 1885.5 PESO BITUME + FILLER IN
SOLUZ. 61.3 56.5 117.8 49.7 68.4 118.1 PESO VETRO + CROSTA FILLER 2 1404.3 1659.7 3064 1660.1 1407.9 3068 PESO VETRO 1394.7 1650.9 3045.6 1650.8 1394.6 3045.4 PESO NETTO FILLER 9.6 8.8 18.4 9.3 13.3 22.6 PESO NETTO BITUME 51.7 47.7 99.4 40.4 55.1 95.5 PESO NETTO INERTI 949.6 953.2 1902.8 961.4 946.7 1908.1 % BITUME RIFERITA AGLI INERTI 5.44 5.00 5.22 4.20 5.82 5.00 % BITUME RIFERITA AL C.B. 5.16 4.77 4.96 4.03 5.50 4.77 A 32 - Estrazione fresato 179 AV_160°C_2% PARTICOLARI PROVINO G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 DIAMETRO CAROTA (cm) 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15
SPESSORE MEDIO (cm) 7.52 7.54 7.52 7.56 7.56 7.45 7.47 7.47 7.45 7.45 MASSA INIZIALE SECCA (g) 300 3 297 8.1 298 2.1 299 5 299 7.1 300 8.8 300 1.8 299 8.2 300 4.3 300 9.9 MASSA IN ACQUA (g) 177 2.4 175 8.6 176 7.1 176 7.3 176 2.1 177 1.7 177 1.2 175 5.1 177 2.4 176 9.6 MASSA PROVINO SATURATO (g) 308 2 305 2.9 304 9.8 308 1.4 305 1.9 305 9.6 304 7.3 305 6.2 304 4.2 305 9.5 TEMPERATURA BAGNO ACQUA (°C) 18.6 18.6 18.6 18.6 18.6 18.6 18.6 18.6 18.6 18.6
MASSA SPECIFICA ACQUA A T DI
PROVA (g/cm^3) 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 MASSA VOLUMICA APPARENTE
(g/cm^3) 2.29 2.30 2.32 2.28 2.32 2.33 2.35 2.30 2.36 2.33 AR50_160°C_2% PARTICOLARI PROVINO G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 DIAMETRO CAROTA (cm) 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15
SPESSORE MEDIO (cm) 7.74 7.7 7.63 7.51 7.43 7.48 7.43 7.58 7.51 7.57 MASSA INIZIALE SECCA (g) 300 2.9 300 2.5 300 6 301 0.3 300 4 300 9.4 300 7.9 299 2.1 300 4.2 297 6.7 MASSA IN ACQUA (g) 173 7.9 176 3 177 9.8 177 3.3 176 9.8 176 6 179 2.7 176 5.8 176 8.2 174 2.4 MASSA PROVINO SATURATO (g) 304 7.1 305 8.2 308 7.3 305 6.8 305 8.2 302 9.6 305 9.6 303 6.2 303 4.3 302 8.4 TEMPERATURA BAGNO ACQUA (°C) 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5 18.5
MASSA SPECIFICA ACQUA A T DI
PROVA (g/cm^3) 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 MASSA VOLUMICA APPARENTE
(g/cm^3) 2.29 2.31 2.30 2.34 2.33 2.38 2.37 2.35 2.37 2.31 A 33 - Massa volumica apparente - Miscela 1-2 180 AR50_180°C_2% PARTICOLARI PROVINO G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 DIAMETRO CAROTA (cm) 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15
SPESSORE MEDIO (cm) 7.52 7.45 7.49 7.49 7.52 7.64 7.59 7.43 7.42 7.44 MASSA INIZIALE SECCA (g) 300 9.3 300 7.3 301 2 300 9.5 300 9 300 6.1 300 3 301 3.9 300 5.2 299 2 MASSA IN ACQUA (g) 170 7.9 170 0.4 173 0.5 172 7.5 171 1.6 167 6.4 173 8.5 171 8.5 171 1.3 165 9.5 MASSA PROVINO SATURATO (g) 304 5.2 303 4.9 303 5.7 303 6.2 305 6.9 304 0.5 305 4.4 306 0.8 302 9.2 301 7 TEMPERATURA BAGNO ACQUA (°C) 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3 18.3
MASSA SPECIFICA ACQUA A T DI
PROVA (g/cm^3) 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 MASSA VOLUMICA APPARENTE
(g/cm^3) 2.25 2.25 2.30 2.30 2.23 2.20 2.28 2.24 2.28 2.20 AV_160°C_4% PARTICOLARI PROVINO G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 DIAMETRO CAROTA (cm) 14.9 14.9 14.9 14.8 14.9 14.9 15 14.9 15 14.8 SPESSORE MEDIO (cm) 7.52 7.56 7.54 7 7.4 7.47 7.56 7.44 7.44 7.38 7.45 MASSA INIZIALE SECCA (g) 300 9.2 300 0.8 299 2.3 300 7.8 300 7.5 299 5.7 301 1.9 300 2.4 301 2.9 301 0.8 MASSA IN ACQUA (g) 176 7.5 175 0.4 175 9 177 8.5 176 9.4 177 1.8 176 3.4 177 9.5 177 5.9 177 2.5 MASSA PROVINO SATURATO (g) 306 4.2 305 1.9 304 2 304 8.1 305 8.4 305 8.8 305 5.8 306 0.1 305 4.1 306 1.9 TEMPERATURA BAGNO ACQUA (°C) 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4 18.4
MASSA SPECIFICA ACQUA A T DI
PROVA (g/cm^3) 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 0.99 85 MASSA VOLUMICA APPARENTE
(g/cm^3) 2.32 2.31 2.34 2.37 2.34 2.33 2.33 2.35 2.36 2.34 A 34 - Massa volumica apparente - Miscela 3-4 181 AR50_180°C_4% PARTICOLARI PROVINO G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 DIAMETRO CAROTA (cm) 14.9 14.9 14.9 14.9 14.8 15 14.8 15 14.9 14.8
SPESSORE MEDIO (cm) 7.55 7.58 7.52 7.59 7.48 7.65 7.71 7.54 7.58 7.63 MASSA INIZIALE SECCA (g) 300 8.7 300 5.4 300 4.8 300 6.3 300 6 300 0.4 300 5.8 300 4.2 300 4 298 9.7 MASSA IN ACQUA (g) 174 7.9 176 5 175 4.3 176 2.5 176 2.9 175 6.5 175 9.9 175 8.5 174 9.7 175 0.3 MASSA PROVINO SATURATO (g) 305 5.4 306 1.5 305 7.1 306 6.7 305 5.8 306 3.8 307 1 305 9.6 305 6.8 304 6.7 TEMPERATURA BAGNO ACQUA (°C) 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 MASSA SPECIFICA ACQUA A T DI
PROVA (g/cm^3) 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 0.99 88 MASSA VOLUMICA APPARENTE
(g/cm^3) 2.30 2.32 2.31 2.31 2.33 2.30 2.30 2.31 2.30 2.31 A 35 - Massa volumica apparente - Miscela 5 182 BIBLIOGRAFIA
Normativa: UNI EN 1426:2007 Bitumi e leganti bituminosi - Determinazione della penetrazione con ago. ASTM D6493:2011 Standard Test Methods for Softening Point of Hydrocarbon Resins and Rosin Based Resins by Automated Ring-and-Ball Apparatus. UNI EN13302:2010 Bitumi e leganti bituminosi - Determinazione della viscosità dinamica di un legante bituminoso utilizzando un viscosimetro rotante UNI EN 933-1:2012 Prove per determinare le caratteristiche geometriche degli aggregati - Parte 1: Determinazione della distribuzione granulometrica - Analisi granulometrica per setacciatura UNI EN 12697-34:2012 Miscele bituminose - Metodi di prova per conglomerati bituminosi a caldo - Parte 34: Pressa giratoria CNR BU 30/73 Determinazione della porosità o % dei vuoti UNI EN 12697-6:2008 Miscele bituminose - Metodi di prova per conglomerati bituminosi a caldo - Parte 6: Determinazione della massa volumica in mucchio di provini bituminosi UNI EN12697-8:2003 Miscele bituminose - Metodi di prova per conglomerati bituminosi a caldo - Determinazione delle caratteristiche dei vuoti di provini bituminosi UNI EN 12697-26:2012 Miscele bituminose - Metodi di prova per conglomerati bituminosi a caldo - Parte 26: Rigidezza UNI EN 12697-23:2006 Miscele bituminose - Metodi di prova per conglomerati bituminosi a caldo - Parte 23: Determinazione della resistenza a trazione indiretta di provini bituminosi Articoli e fonti bibliografiche: Anonima Petroli Italiana s.p.a. (2000), Il manuale del bitume. AUTOSTRADE per l''Italia spa '' MST, Norme tecniche d''appalto prestazionali, 2004. Carrera V., Bitumen Chemical Foaming for Asphalt Paving Applications, Industrial and Engineering Chemistry Research; Vol. 49, Pages, 8538-8543, 2010. Cold Recycling Manual, 1st ed. Wirtgen GmbH, Windhagen, Germany, 2012. 183 Halles F. & Thenoux G., Degree of Influence of Active Fillers on Properties of Recycled Mixes with Foamed Asphalt, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2095, Pages 127''135, 2009.
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