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

Questa tesi ha l’obiettivo di analizzare le 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. 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 capavità 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 di 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 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.