ESTRATTO DAL N° 22/94

Materiali bituminosi per pavimentazione: innovazioni chimiche

e tecnologiche emerse dal 5° Eurobitume

Carmen Vecchi Stazione Sperimentale per i combustibili, San Donato Milanese Carlo Giavarini Università di Roma “La Sapienza”, Dipartimento di Ingegneria Chimica Carlo Giavarini Università di Roma “La Sapienza”, Dipartimento di Ingegneria Chimica

Materiali bituminosi per pavimentazione: innovazioni chimichee tecnologiche emerse dal 5 0 Eurobitume

CARMEN VECCHI

Stazione sperimentale per i combustibili, San Donato Milanese

Introduzione

La tecnologia del bitume costituisce un argomento digrande interesse anche in momenti di crisi economicaperché, pur se si costruiscono meno strade, è comun-que indispensabile mantenere quelle esistenti in buo-na efficienza.Forse è proprio la situazione di difficoltà economicache, negli ultimi anni, ha spinto produttori e utilizza-tori a dedicare molte energie alla ricerca di materialipiù resistenti e duraturi e di nuove prove che consen-tano di prevedere con buona approssimazione il com-portamento di bitumi, mescole e conglomerati dopola posa in opera.La vera novità è probabilmente rappresentata dall'usoormai generalizzato di bitumi additivati con polimerisia nelle emulsioni che nei conglomerati, soprattuttoper produrre asfalti fonoassorbenti e porosi e guaineimpermeabili.Una sintesi dell'attuale «stato dell'arte» della scienza esoprattutto della tecnologia dei bitumi, l'ha offerto il5° EUROBITUME tenutosi dal 16 al 18 giugno 1993a Stoccolma.L'enorme numero di memorie presentate, spesso di ele-vata qualità, ha fatto comprendere che il mondo del-l'asfalto è in notevole evoluzione e merita quindiattenzione.La presente rassegna intende offrire una panoramica del-le tendenze e delle novità emerse da questo convegnoriguardo agli aspetti chimico-fisici, reologici, tecnolo-gici e di impatto ambientale dei bitumi. Le citazionibibliografiche riportate si riferiscono agli atti del Con-vegno (disponibili per gli interessati presso la SSC) *.La rassegna si articola in 2 parti: la prima riguarda prin-cipalmente gli aspetti più propriamente chimici e scien-

* es. riferimento 1:01 significa: 1 = Sessione 1, 01 = numero progres-sivo della memoria.

tifici relativi al bitume tal quale e modificato, la secondaè dedicata ai conglomerati asfaltici di cui vengono prin-cipalmente considerati gli aspetti stradali e tecnologici.

Analisi chimico-fisica e strumentale

Per studiare bitumi, asfalti e loro derivati vengono cor-rentemente utilizzati numerosi metodi chimici echimico-fisici che forniscono informazioni sulla com-posizione chimica e strutturale dei bitumi, da cui fon-damentalmente dipendono il comportamento fisico,meccanico e reologico.Uno dei sistemi più comunemente usati per caratteriz-zare chimicamente un bitume è

il frazionamento me-diante cromatografia liquida in saturi, aromatici, resinee asfalteni secondo i metodi standard ASTM D 4124e D 2007.Come alternativa a questi metodi, che richiedono tempiabbastanza lunghi, viene utilizzata da alcuni anni la stru-mentazione Iatroscan, che comporta un'analisi TLC(cromatografia su strato sottile) con rivelazione FID (io-nizzazione di fiamma).Poiché i risultati che si ottengono con i due sistemi so-no piuttosto discordanti è stata proposta una elabora-

zione matematica che consente di correlare i valoriASTM D 4124 ai dati latroscan (1:38), per bitumi a bas-sa acidità contenenti meno del 20% di asfalteni.Questa procedura è applicabile anche per ricavare la per-centuale di polimeri saturi es. APP ) nel caso di bitumiadditivati. Per determinare la quantità di asfalto natura-le aggiunto ad alcuni bitumi per migliorarne la qualità,é stato proposto un metodo basato sulla cromatografiaa gel permeazione ad alta pressione (HP-GPC).Il sistema è valido anche nel caso di bitumi sottopostialla prova di invecchiamento simulato, ma deve essereancora perfezionato per poter valutare l'influenza delprocesso di posa in opera sui leganti bituminosi (1:42).La calorimetria differenziale a scansione (DSC) forni-sce interessanti informazioni sul comportamento a bassatemperatura dei bitumi tal quali (1:08) e modificati (1:11).Alcuni dati DSC, quali la temperatura di transizionevetrosa (Tg) e la frazione cristallizzabile (CF), posso-no essere correlati a proprietà fisiche del bitume comel'indurimento in funzione del tempo.Nel caso di bitumi additivati con polimeri semicristal-lini (EVA e EMA), la DSC mostra picchi di fusioneche dipendono da: tipo di bitume, tipo e quantità dipolimero e trattamento termico subito dal campione.Anche la microscopia ottica, sia in contrasto di fase(PCM) che a luce polarizzata, fornisce utili informa-zioni strutturali ed è stata utilizzata per osservare di-rettamente le transizioni di fase solido-liquido in bitumipuri e la morfologia di bitumi modificati. Un metodod'indagine basato sull'assorbimento neutronico permet-te di misurare il contenuto di bitume e la sua regolari-tà di dispersione in una miscela (1:15); per ottenererisultati riproducibili è però necessaria una calibrazio-ne alquanto meticolosa.La spettrometria a risonanza magnetica nucleare(NMR), impiegata da tempo per ricavare importantiinformazioni sulla struttura dei bitumi, non si è dimo-strata fino ad oggi di grande utilità nello studio di bi-tumi additivati con polimeri (1:24).Probabilmente, data la potenzialità della tecnica, si trattadi approfondire lo studio e trovare un sistema adegua-to per elaborare le informazioni ricavate dagli spettri.La microscopia d'epifluorescenza viene utilizzata perstudiare la micromorfologia di bitumi modificati conpolimeri fluorescenti come SBS, EVA ed EMA (1:13).Recentemente è stato messo a punto un sistema di pre-parazione dei campioni che consente l'uso di questa tec-nica anche per miscele bituminose; trattandosi però diun lavoro lungo e delicato, difficilmente il metodo verràutilizzato per i controlli di routine, anche se fornisceinteressanti informazioni sulle possibili relazioni fra lamicromorfologia dei bitumi modificati e le prestazio-ni delle miscele in cui sono coinvolti.

Quanto illustrato permette di concludere che le cono-scenze sui materiali bituminosi hanno registrato un no-tevolissimo incremento grazie all'applicazione ditecniche e strumentazioni sempre più moderne e sofi-sticate, anche se occorre notare il persistere di notevo-li lacune soprattutto riguardo le molecolebitume-polimero.

Invecchiamento e ossidazione

In Europa le specifiche del bitume non prevedono proverelative alla suscettibilità all'invecchiamento, anche sequesto è uno dei problemi di maggior interesse, soprat-tutto per le applicazioni stradali, in quanto da questaproprietà dipende in gran parte la durata della pavimen-tazione.L'invecchiamento di un bitume inizia durante la suamiscelazione con l'inerte: in questo breve periodo il bi-tume si trova sotto forma di un film sottile, ad alta tem-peratura ed in atmosfera ossidante, cioè in condizioniestremamente severe.Il processo continua dopo la posa in opera: in questasituazione le condizioni di aggressione sono molto piùblande, per cui il deterioramento è lento ma progressivo.L'invecchiamento di un bitume, sia tal quale che mo-dificato con polimeri, coinvolge le sue caratteristichefisiche e meccaniche e la sua composizione chimica.Per simulare l'invecchiamento durante la miscelazio-ne (che potrebbe definirsi più correttamente indurimen-to) esistono 3 prove: TFOT (ASTM D 1754), RTFOT(ASTM D 2872) e DIN 52016 che danno risultati simi-li (1:01,37,43).Il test RTFOT è il più comunemente usato, probabil-mente perché è veloce ed abbastanza soddisfacente, no-nostante l'indurimento indotto sia più severo di quelloreale.Con questo test è possibile prevedere la tendenza al-l'invecchiamento di un bitume, cioè la variazione del

Queste tecniche sono state utilizzate per confrontarediversi bitumi estratti da un manto stradale dopo unaposa in opera di 1, 2, 3, 4 anni.La sperimentazione è tuttora in corso, ma i risultatifino ad ora ottenuti hanno consentito di evidenziaredifferenze di reattività dei bitumi, in funzione dell'o-rigine e, soprattutto, delle condizioni di posa in opera.Studiare l'invecchiamento di una mescola bitume-polimero risulta ancora più complesso in quanto le mo-dificazioni indotte sul bitume o sul polimero possonointerferire.Vonk e coll. (1:27) dopo aver esaminato con differentiprove 3 bitumi additivati con SBS, SBS idrogenato eEVA, a vari stadi di invecchiamento, concludono chel'SBS si dimostra molto efficace nel ridurre gli effettinegativi dell'ossidazione.Parte del polimero subisce una degradazione dovuta alcalore e all'ossigeno; i frammenti originati reagisconofra di loro e con il bitume cambiando la morfologia,ma mantenendo pressoché inalterate le proprietà reo-logiche della mescola.L'invecchiamento che si ha durante la miscelazione equello successivo alla posa in opera sono due fenome-ni differenti in quanto avvengono in condizioni mol-to diverse: la prova RTFOT sembra simulare il primotipo di invecchiamento in modo abbastanza soddisfa-cente, per il secondo è necessario elaborare una provadiversa, probabilmente con ossigeno anziché con aria,ma comunque a temperature vicine a quelle di esercizio.I parametri più rappresentativi dell'effetto di invecchia-mento sulle proprietà chimico-fisiche dei bitumi sonorisultati: punto di rammollimento, viscosità a 130 °Ce penetrazione.

Qualità del bitume: come migliorarla

A) Processi e mescole speciali

Il mercato richiede bitumi di buona qualità, in gradodi fornire prestazioni sempre migliori, in condizionidi esercizio spesso molto difficili.Tuttavia non sempre, per ragioni economiche, è pos-sibile scegliere i grezzi più idonei a produrre buoni bi-tumi. In questi casi, per migliorare la qualità dei residuidi distillazione, é necessario ricorrere a trattamenti par-ticolari, come ossidazione e flussaggio.In alcuni paesi dell'Est europeo, che dispongono di grez-zi molto paraffinici, non adatti a produrre bitumi diqualità, sono stati sviluppati metodi specifici che con-sentono di ottenere prodotti dalle prestazioni accetta-bili (1:02,25,31).

punto di rammollimento (R&B) e la penetrazione do-po la posa in opera (1:03).Per questa ragione le autorità francesi hanno deciso diintrodurlo fra le specifiche dei bitumi.I bitumi di prima distillazione (SR) risultano meno su-scettibili al RTFOT di quelli di visbreaking (VB); i bi-tumi modificati con polimeri mostrano uncomportamento intermedio (1:21).Per studiare le variazioni indotte dall'invecchiamentosulla composizione chimica sono stati utilizzati meto-di diversi come: separazione con solventi, GPC, NMR,IR, e UV.Utilizzando il TFOT con tempi di reazione fino a 10volte superiori a quelli comunemente usati, sono statiottenuti campioni con caratteristiche assai simili a quelledei bitumi ossidati con aria (1:20,40).In entrambi i casi, oltre alle variazioni delle proprietàchimico-fisiche, si osserva un enorme aumento dellaquantità degli asfalteni ed una notevole diminuzionedegli aromatici.Le resine, che all'inizio dell'invecchiamento aumenta-no, si trasformano poi in asfalteni.Il peso molecolare di questi aumenta poco con l'invec-chiamento simulato, mentre raddoppia dopo la soffia-tura con aria.In entrambi i casi l'aromaticità, calcolata medianteNMR, diminuisce. E stata messa a punto una partico-lare cella per spettrofotometro infrarosso a trasforma-ta di Fourier FTIR che può essere riscaldata e consentedi seguire, praticamente in continuo, l'ossidazione delbitume che avviene direttamente nello strumento(1:05,07).Dalle aree o dall'altezza delle bande, in un determina-to intervallo di frequenze, sono stati calcolati indici spe-cifici che consentono di osservare l'evoluzionedell'ossidazione.Per seguire meglio le modificazioni dei composti po-liaromatici, alla FTIR è stata affiancata la fluorescenzaUV sincrona (SF).

La continua ricerca per migliorare la tenuta del mantostradale, in condizioni di traffico sempre più intensoe pesante, ha portato la Shell alla formulazione di unnuovo bitume, chiamato «Multigrade», a bassa suscet-tibilità termica (1:28).Questo prodotto, che associa i vantaggi di un bitumeduro e di uno molle, è molto resistente alla deforma-zione permanente.Le sue proprietà di stabilità meccanica, resistenza allafatica e adesività sono state provate mediante prove dilaboratorio e confermate da saggi effettuati su stradecostruite in diversi paesi con traffico e clima alquantodifferenti.

- caratteristiche e quantità del polimero- proprietà del bitume- tecnologia del miscelamento.

B. Brulé e coli. (1:14) hanno studiato il comportamen-to di nove bitumi 80/100 con proprietà fisiche moltosimili, ma composizione alquanto differente e conte-nuto in asfalteni compreso fra 5 e 23% in peso.

L'aggiunta del 3% di EVA fa diminuire la penetrazio-ne ed aumentare il R&B e la coesione, tuttavia i risul-tati dimostrano che le proprietà del bitume additivatodipendono sostanzialmente dalla composizione del pro-dotto di partenza.Non sono però state trovate correlazioni precise fracomposizione chimica del bitume e proprietà del legantemodificato, il che complica notevolmente la previsio-ne delle caratteristiche del prodotto finale e i criteri discelta del bitume di partenza.

B) Aggiunta di additiviAnche se bitumi additivati con polimeri vengono daanni ampiamente utilizzati per la costruzione di stra-de, le conoscenze su questo tipo di mescole sono anco-ra piuttosto empiriche.

Molti sforzi sono stati fatti per chiarire i dubbi che tuttora esistono, non solo riguardo alle caratteristiche deibitumi modificati, ma anche alle interazioni tra bitu-me e polimero.Nonostante le poliolefine non vengano generalmenteconsiderate buoni additivi per bitumi, Braga e coli.(1:18) hanno trovato che un copolimero formato da unsegmento di EPR (etilene-propilene) e uno di PP (poli-propilene), prodotto direttamente nel reattore di poli-merizzazione, può essere adatto a produrre bitumimodificati.Se le caratteristiche del polimero sono scelte in modoidoneo, si possono ottenere risultati paragonabili a quelliosservati con l'SBS, ma con una migliore resistenza al-l'invecchiamento.Per migliorare la qualità di bitumi ottenuti da grezziparaffinici, che formano mescole instabili con il 3% diSBS ed SBR, è stato proposto di aggiungere resine aro-matiche da petrolio, ottenute per polimerizzazione diun residuo di steamcracking (1:49).L'aggiunta di queste resine, perfettamente solubili neibitumi, ne aumenta l'aromaticità e stabilizza la misce-la bitumepolimero.Rudenskaya e coll. (1:36) hanno elaborato un modellomatematico che descrive il comportamento reologicodi un bitume, preferibilmente additivato con polime-ro, rispetto alla temperatura.Questo modello fornisce la base analitica per calcolarele proprietà reologiche dei bitumi modificati in diver-si modi.Le proprietà dei bitumi additivati con polimeri dipen-dono da numerosi parametri di cui i più importantisono:

Soltanto il contenuto di asfalteni sembra essere in rela-zione con la stabilità delle mestole.Prodotti stabili si ottengono infatti aggiungendo il 3%di EVA a bitumi contenenti meno del 12% di asfalteni.Una effettiva modificazione del bitume si ottiene solo

quando il comportamento reologico dalla mescola ri-flette nell'insieme quello dal polimero utilizzato (1:23).Questa condiziona si realizza quando il polimero co-stituisca la fase continua dal sistema ed il bituma é di-sparso sotto forma di goccioline regolari.Copolimeri coma SBS ed EVA presentano la morfolo-gia descritta, mentre il polietilene lineare, a causa dallasua elevata cristallinità, forma particelle di polimero di-sparsa in una matrice bituminosa.In questo caso la proprietà reologiche della mescola ri-flettono quelle dal bitume ed il polimero sembra com-portarsi più coma riempitivo cha come modificante.Par prevedere il comportamento viscoelastico di bitu-mi così modificati sono stata utilizzata analisi dinamico-meccaniche. I leganti utilizzati per pavimentazioni constrato superficiale sottile o molto sottile a par asfaltiporosi devono possedere alta resistenza meccanica inun ampio campo di temperatura, alta adesività con l'ag-gregato a resistenza all'invecchiamento (1:04).Prova di laboratorio ed esperimenti «su strada» dimo-strano che l'uso di bitumi modificati con elastomeri con-santa di soddisfare queste esigenze e garantisca unabuona durata nel tempo anche in strada a grandetraffico.Anche sa l'aggiunta di un polimero ad un bituma nemigliora le prestazioni, non sempre si ottengono le pro-prietà desiderate mescolando semplicemente bituma apolimero ad alta temperatura (1:26). Gli autori presen-tano un metodo cha aiuta a fronteggiare i problemi ri-guardanti la produzione, il processo e la formulazionedi leganti modificati.

C) Prove per ottimizzare le scelte

La prove tradizionalmente usata par caratterizzare i bi-tumi non sono in grado di differenziare la prestazionidei prodotti tradizionali da quelli additivati e di valu-tare adeguatamente importanti caratteristiche come coe-sione, adesività a invecchiamento.Par questo é stata messa a punto una nuova procedura

Reologia

Il 5° Congresso Eurobitume segna la scoperta dall'ap-proccio reologico par la caratterizzazione delle propri,-"--dinamo-meccaniche dei bitumi, tal quali a modificati.I saggi elaborati lasciano intravedere la possibilità di da-finire con sempre migliora accuratezza la caratteristi-che comportamentali di ogni tipo di campione.La maggior parta dalla attenzioni dai ricercatori si é ri-volta allo studio delle caratteristiche reologiche dai bi-tumi modificati con polimeri in confronto ai bitumitradizionali.Componente elastica a viscosa, curve di flusso, modu-lo complesso a angolo di fase sono stati misurati a va-ria temperature a sotto diverse sollecitazioni, suun'ampia gamma di campioni (1:09,10,17,22).Sono stata inoltre ricavata interessanti relazioni tra lastruttura dei bitumi, la caratteristiche plastiche dai po-limeri a la prestazioni dalla mescole.In particolare sono stati studiati gli effetti prodotti dal-l'uso di bitumi modificati, sulla tendenza alla deforma-zione par scorrimento della miscele legante-inerte (1:32).La resistenza alla deformazione, determinata a 45 °C,

chiamata «Metodo Universale di Caratterizzazione daiLeganti» che, in modo semplice, consente di definirecon precisione la proprietà sia dei leganti ottenuti pardistillazione del petrolio o dal carbone, cha di quellimodificati con additivi (1:39).Par rappresentare graficamente la correlazioni tra pro-prietà fisiche dai bitumi e loro prestazioni ad indivi-duare la prova più idonea a valutarle, da alcuni anniviene utilizzata una carta di qualità denominata «Qua-lagon» (4° Eurobituma, Madrid 1989). Poiché alcunadi queste prova sono troppo lunghe a costose, per uncontrollo di qualità é stato sviluppato un nuovo sche-ma che utilizza saggi tradizionali a consente di valuta-re le prestazioni dal bituma in modo più semplice arapido, anche se meno rigoroso (1:29).L'influenza dalla penetrazione dal bituma a dalla quan-tità di polimero sulla prestazioni di leganti e misceleé stata esaminata in 7 diversi laboratori di 4 paesi diffe-renti (1:06); sono stati utilizzati saggi convenzionali, sag-gi europei di simulazione sulla miscele a saggi derivatidal progetto americano SHRP (Strategic Highway Re-se rch Program).I risultati mostrano che i metodi in uso non sono ingrado di predire in modo accurato il comportamentodalla miscele bituminose osservato mediante i simula-tori di laboratorio. Informazioni più attendibili, speciepar i campioni ad alto contenuto di polimero, sembra-no ottenersi con le procedure proposta dallo SHRP.

Emulsioni

Un'emulsione bituminosa è un prodotto molto com-plesso, le cui caratteristiche e il cui comportamento sonolegati alle dimensioni delle particelle, alla natura dei co-stituenti ed alla distribuzione superficiale delle fasi ac-quosa e idrocarburica.

cipali metodi di controllo della rottura delle emulsio-ni anioniche, cationiche e neutre, descrive un sistemabasato sull'impiego di una soluzione salina acquosa ba-

Negli ultimi decenni sono stati affrontati diversi approc-ci, sia teorici che empirici, per valutare questi sistemidal punto di vista chimico-fisico e reologico.I temi più discussi sono: tecnologia delle emulsioni, pro-prietà adesive e sensibilità all'acqua.Le analisi e i saggi classici come il tenore in acqua, laviscosità, la stabilità allo stoccaggio, la resistenza allasetacciatura, la velocità di rottura e il saggio di disemul-sionabilità, pur se permettono di caratterizzare le emul-sioni, sono poco attendibili per prevedere ilcomportamento all'applicazione.Per simulare le proprietà dei prodotti finali nei qualivengono utilizzate le emulsioni, le prove tradizionaliquali: misura della granulometria, dosaggio della faseacquosa e prove di evaporazione e filtrazione, sono stateintegrate con procedimenti denominati «fretting test»modificato e «prova di reattività» 1:52).Siccome, una volta manipolate, le emulsioni acquista-no caratteristiche che non possono più essere modifi-cate mediante riprocessamento, e importante definirela qualità originale di una emulsione bituminosa pergarantire le prestazioni dei prodotti da essa ricavati.Per sopperire alla mancanza di normative europee ri-guardo la emulsionabilità del bitume, è stato propostoun metodo che misura la tensione interfacciale acqua-bitume a differenti valori di pH. Si ricava un coeffi-ciente adimensionale che viene rapportato alla facilitàdi lavorazione industriale e, in definitiva, al grado diemulsionabilità per via anionica e cationica. (1:66)

A) Rottura

Lo studio del processo di rottura delle emulsioni è stret-tamente collegato con i problemi di produzione.E noto da tempo che le emulsioni si rompono sponta-neamente a contatto di una superficie solida con un an-damento differente a seconda del tipo di superficie.Redelius, dopo aver presentato una rassegna dei prin-

e stata correlata alla viscosità assoluta a 60 °C del bitu-me originale, misurata con un viscosimetro rotazionale.Con un programma di analisi di regressione multiplae stata ricavata una relazione tra la resistenza alla de-formazione della miscela e 3 proprietà reologiche dellegante: indice di penetrazione, penetrazione a 25 °Ce viscosità assoluta a 60 °C. Si conclude che l'utilizzodel bitume modificato con SBS incrementa sensibilmen-te la resistenza alla deformazione per scorrimento.Bitumi utilizzati per ricoprimenti e bitumi impiegatiin conglomerati sono stati sottoposti a prove di suscet-tibilità termica, tra 30 e 60 °C, e di suscettibilità cine-tica, a frequenza compresa tra 7,8 e 250 Hz, rilevandola tendenza alla perdita di coesione, alla fessurazioneed alla deformazione per scorrimento (1:12).Nell'ambito del programma SHRP è stato sviluppatoun nuovo saggio che potrebbe sostituire le prove cor-rentemente utilizzate per definire il comportamento dibitumi alle basse temperature (1:47).Questa prova, che prevede l'utilizzo della minor quan-tità possibile di campione, sarà probabilmente inseritanelle specifiche ufficiali USA e si basa fondamentalmen-te su un sistema di auto-allineamento per il campionee uno di misura dell'allungamento con lettura laser sen-za contatto.Peroni e coll. (1:19) hanno elaborato una procedura ori-ginale per determinare la coesione di leganti bituminosi.Un portacampioni cilindrico, riempito di una «mistu-ra» di sferette di vetro e bitume ad una temperaturadi 160-180 °C, viene lasciato raffreddare sotto oppor-tune condizioni di pressione. I risultati delle misure dideformazione sotto stress controllato, effettuate a 10,25 e 40 °C, sono stati confrontati con quelli ricavaticon un reometro tradizionale.Le prove sono state eseguite su un bitume SR, uno ot-tenuto per miscelazione, uno addizionato con SBS euno con EVA.La classificazione e caratterizzazione dei bitumi sonostate affrontate anche per via informatica.Per descrivere e spiegare il comportamento reologicodei bitumi sono stati elaborati due modelli compute-rizzati (1:44,45); i dati sperimentali hanno dimostratoun buon accordo con quelli ricavati per calcolo. Il mo-dello proposto da Dobson (1:45) è stato anche estrapo-lato per i conglomerati e per i prodotti ricoprenti.

sica, dispersa in una fase oleosa in grado di ritardarela rottura (1:69).Per seguire il processo di rottura delle emulsioni nellemiscele emulsione-granulato in funzione del tempo èstata sviluppata una prova denominata «tuning forktest» (1:53).Sono stati individuati tre stadi:- un tempo di inizio e diffusione- un tempo di fine della rottura intergranulare- un tempo di inizio del processo di ricoprimento.La distinzione delle tre fasi sembra consentire una mi-gliore interpretazione del fenomeno sia attraverso ul-teriori prove di laboratorio, che direttamente «in situ».Il comportamento alla rottura delle emulsioni, dalla po-sa in opera fino ad un eventuale riciclaggio, è stato cor-relato alle caratteristiche chimico-fisiche determinatein laboratorio (1:55).Emulsioni potenzialmente in grado di fornire nel tempocomportamenti differenti alla rottura sono state pro-dotte, provate e poste in opera; controlli incrociatilaboratorio-cantiere hanno permesso di stabilire l'in-fluenza di:- natura del bitume- formulazione bitume-emulsificante- procedimento di manipolazione

B) Adesione

L'adesione bitume-granulato è intesa come la facoltàdel conglomerato a mantenere inalterata la percentua-le di superficie ricoperta dal legante, allorché viene sot-toposto all'azione dell'acqua.Il legante e l'aggregato sono tenuti insieme da una se-rie di interazioni chimico-fisiche; l'adesione più debo-le è dovuta all'assorbimento fisico, che ha origine dalleforze intermolecolari, e porta il bitume fluido a span-dersi sopra la superficie dell'aggregato. La rugosità dellasuperficie migliora l'adesione meccanica.Si osservano inoltre interazioni dipolo-dipolo tra le spe-cie polari del bitume e quelle degli inerti e, in piccolapercentuale, legami ionici veri e propri dovuti alle rea-zioni tra gli acidi silicei presenti sulla superficie solidae le basi azotate deboli del bitume.Allorché il film di legante subisce qualche danno (fes-surazione), a causa delle sollecitazioni meccaniche, inizial'azione disgregante dell'acqua, che può portare fino aldistacco completo dello strato bituminoso.Per studiare gli effetti di differenti fattori sulle proprietàricoprenti e aderenti, vari campioni legante-aggregato so-no stati immersi in acqua bollente per 10 minuti. E statapoi misurata la percentuale di superficie scoperta (1:50).Le prove sono state fatte variando:- natura del bitume

- natura del legante idrocarburico (bitume e/ocatrame)

- presenza di additivi (antiossidanti e polimeri)- aggiunta di agenti aggreganti e/o di calce- natura del granulato (calcare, ghiaia, gres, porfido).La variazione delle proprietà aderenti è stata inoltre va-lutata per 4 minerali e 6 tipi di rocce trattati con 3 bi-tumi di identica penetrazione, ma con viscosità enumero di acidità diversi (1:51).I campioni sono stati sottoposti a prove per determi-nare la loro sensibilità all'acqua.I risultati mostrano che l'adesione migliora quando au-menta la basicità dovuta alla basi azotate deboli, men-tre il momento dipolare e il numero di acidità dei biuminon hanno alcuna influenza.Su campioni di porfido, basalto e calcare ricoperti conun bitume Venezuelano, tal quale e additivato con di-verse quantità di EVA e/o SBS, sono state studiate levariazioni delle proprietà adesive in funzione della mo-difica subita dal bitume iniziale (1:61).

I risultati mi-gliori sono stati ottenuti con l'inerte calcareo e lamescola bitume SBS/EVA.Il processo di adesione è stato studiato anche da un pun-to di vista termodinamico 1:62). Dai valori delle ener-gie libere di Gibbs, determinati per estrapolazione daisoterme di assorbimento sperimentali, è stato possibi-le valutare la compatibilità e incompatibilità tra alcunibitumi, inerti e polimeri.Composti puri sono stati presi come modello delle va-rie frazioni dei bitumi per studiarne il comportamen-to nei confronti di particolari tipi di aggregati (1:S9).Dalle isoterme di adsorbimento si è potuto stabilire checomposti con funzionalità acida presentano valori diadsorbimento più alti rispetto a sostanze di tipo che-tonico o contenenti gruppi azotati non basici.

Bitumi e ambiente

In Europa si tende a uniformare leggi e regolamenti checontrollano gli effetti prodotti dai bitumi sulla saluteumana e sull'ambiente.Particolare attenzione è stata dedicata ai potenziali ef-fetti cancerogeni dei bitumi e soprattutto dei fumi ge-nerati durante il loro riscaldamento.Fino al 1993 i bitumi ed i loro fumi non sono stati clas-sificati cancerogeni, ma nel 1994 i risultati di nuovi studipotrebbero modificare queste conclusioni, anche se oc-corre fare attenzione a distinguere i prodotti da «coaltar» (catrame) da quelli bituminosi.Gorkum e coll. (2:08) hanno raccolto i dati ottenutidagli studi più recenti sull'esposizione a composti po-liciclici aromatici, con e senza eteroatomi (PAC), du-

rante la costruzione di strade. Le conclusioni a cui gliautori sono giunti si possono così riassumere:1) i bitumi contengono bassissime concentrazioni di

PAC e non esiste evidenza di cancerogenicità sia pergli animali che per l'uomo.

Rari casi di tumore alla pelle sono stati osservati in ani-mali da laboratorio dopo prolungate applicazioni di bi-tumi sciolti in solventi organici. L'attività cancerogenaperò non é stata attribuita agli idrocarburi aromaticipoliciclici (PAH), ma a PAC non ancora identificaticome mutageni. Pertanto la determinazione dei PACtotali é preferibile a quella di singoli PAH come il ben-zo[a]pirene.2) Studi, anche se limitati, sugli effetti da inalazioni di

fumi bituminosi, escludono la probabilità di forma-zioni di cancro al fegato.

Gli idrocarburi trovati nell'aria inalata durante le pa-vimentazioni di strade vengono prodotti da varie fon-ti (es: gas di scarico) e derivano solo in parte dai bitumi.3) La quantità di particolato inalato durante la posa in

opera dell'asfalto caldo é sempre inferiore ai limiti invigore; si consiglia tuttavia di ridurre il più possibilela temperatura dell'asfalto in quanto il fumo prodottoaumenta con la temperatura (fra 150 e 250 °C rad-doppia ogni 11-12 °C di incremento di temperatura).

Il discorso sulla cancerogenicità é invece molto diver-so per il catrame da carbone che contiene concentra-zioni da 1000 a 10.000 volte più elevate dibenzo[a]pirene e anche di altri PAC.L'uso del catrame, fino a pochi anni fa impiegato permigliorare le proprietà di adesione degli asfalti, é oggiproibito in molti Paesi; tuttavia sembra che il conte-nuto di PAC in fumi generati durante il riciclaggio acaldo delle vecchie pavimentazioni possa raggiungerelivelli pericolosi per l'uomo (2:11).In Olanda il CROW, costituito da autorità civili, pro-duttori ed utilizzatori di bitume e da istituti di ricerca,ha presentato delle linee guida su come riciclare pavi-mentazioni con catrame da carbone, fra cui l'obbligodi operare a freddo.Data la difficoltà di determinare in modo soddisfacen-te la composizione dei fumi asfaltici in situazioni rea-li, soprattutto a causa di variabili incontrollabili comele condizioni atmosferiche, é stato elaborato un appa-recchio in grado di generare fumi in condizioni con-trollate (2:09).Le variabili considerate sono: temperatura di esercizioe tipo di bitume.Per uno stesso bitume i fumi prodotti in laboratorioe quelli prelevati «in situ» contengono concentrazionisimili di PAC. Questa prova consente perciò di preve-dere le condizioni di esposizione degli operatori in fun-zione delle proprietà del bitume e della temperatura di

posa in opera e di confrontare la composizione dei fu-mi generati da bitumi differenti.Questo dato potrebbe essere utilizzato per stabilire dellecorrelazioni fra tipo di fumo e possibile potere cance-rogeno.Le emissioni prodotte in un impianto di miscelamen-to degli asfalti possono essere enormemente migliora-te passando da un impianto a «tamburo» tradizionalead uno a «tamburo in controflusso» in cui i gas di sca-rico non vengono a diretto contatto con il bitume (2:12).Con questo sistema si possono ridurre da 10 a 15 voltele emissioni di materiale organico.I gas emessi da entrambi gli impianti non hanno mo-strato alcuna attività mutagena.Le proprietà intrinseche del bitume come la lunga du-rata, la insolubilità in acqua e la scarsa volatilità lo ren-dono particolarmente idoneo ad essere mescolato aprodotti di scarto industriale come plastica e catalizza-tori esausti.In alcuni casi le mescole possono essere utilizzate e inaltri casi invece servono a rendere pressoché innoquiresidui definiti tossici.L'aggiunta di polietilene ad alta densità (HDPE), recu-perato da contenitori di plastica di oli per motore, noncambia le proprietà di un bitume (2:03).La quantità di HDPE é limitata dalla presenza del resi-duo di olio nelle bottiglie, che fa aumentare la pene-trazione del bitume.

È stato dimostrato che è possibile diminuire vistosa-mente il rilascio dei metalli spruzzando «schiuma bi-tuminosa» sul manto stradale (2:10).Questa tecnica, che può essere applicata senza scalda-re, si è mostrata molto più efficace del cemento e dispeciali agenti stabilizzanti.Per verificare i risultati, acqua e percolato vengono re-golarmente analizzati ogni sei mesi.Una struttura multistrato, fra cui uno bituminoso, è statascelta per coprire un deposito di scorie radioattive (2:06).Poiché questa struttura deve essere impermeabile e du-rare almeno 300 anni, la scelta è stata fatta in base adaccurati studi di permeabilità e di biodegradabilità.

Conclusioni

Nonostante la complessità dei materiali bituminosi èstato fatto un grande sforzo per applicare metodi scien-tifici allo studio di questi prodotti sia per caratteriz-zarli che per comprendere le loro proprietà reologichein relazione al comportamento.Il sistema più utilizzato per migliorare le prestazionidei bitumi è quello della additivazione.L'aggiunta di additivi sembra inevitabile quando si disponesolamente di bitumi di cattiva qualità e quando, nono-stante la buona qualità del bitume, si richiedono presta-zioni particolari in condizioni di utilizzo molto difficili.Nonostante gli sforzi compiuti, esistono ancora molteambiguità riguardo alle correlazioni fra le caratteristi-che dei bitumi modificati ed il loro comportamento do-po che sono stati miscelati all'inerte.Le prove reologiche sembrano molto promettenti perpredire il comportamento dei bitumi tal quali e modi-ficati, ma i risultati ottenuti spesso non sono confron-tabili in quanto dipendono dalla procedura e dal tipodi strumentazione usata. Probabilmente questo è do-vuto all'influenza di fattori come la geometria del pro-vino e la quantità di campione; solo raccogliendo tuttii risultati delle prove in un'unica banca dati si potreb-be forse arrivare ad una soluzione del problema.Gli studi condotti nell'ultimo decennio sulla tossicità deibitumi e dei loro fumi hanno evidenziato un rischio piut-tosto basso sia per la salute dell'uomo che dell'ambiente.E invece emerso che i bitumi potrebbero rappresenta-re una interessante soluzione ad alcuni problemi am-bientali come lo smaltimento di particolari rifiuticonsiderati tossici.

Bitumi e tecnologia

Introduzione

Lo sviluppo della tecnologia dei bitumi stradali inte-ressa soprattutto il dimensionamento e la costruzione

L'aggiunta contemporanea di SBS e HDPE mantienele proprietà viscoelastiche del bitume e ne migliora ilmodulo di rigidità. La instabilità della miscela bitumepolimero richiede però la miscelazione sul luogo d'u-tilizzo.Miscele ottenute aggiungendo ad un bitume del cata-lizzatore esausto di un impianto di FCC, hanno mo-strato ottima resistenza alla rottura e bassa suscettibilitàall'acqua (2:07).I risultati si possono considerare positivi anche da unpunto di vista tossicologico.Il rilascio di metalli tossici (vanadio, nichel, e antimo-nio) è infatti risultato molto piccolo.Si può quindi concludere che l'aggiunta di catalizzato-re FCC esausto ad un bitume, oltre a risolvere un pro-blema molto serio per le raffinerie, consente di ottenereprodotti con caratteristiche anche migliori di quelli tra-dizionali.Catalizzatori esausti, classificati come residui tossici, acausa della quantità di metalli pericolosi che rilascianoal contatto con acqua, devono per legge essere conglo-bati in cemento o bitumi prima di essere scaricati.Misure di diffusione dei metalli fatte su catalizzatoriesausti, inglobati e non in bitumi, hanno consentito dielaborare un modello matematico per calcolare il rila-scio di nichel e molibdeno a lungo termine (2:04).

Si è constatato che il coefficiente di diffusione del ni-chel diminuisce di 1 milione di volte quando il cataliz-zatore viene inglobato nel bitume.I risultati ottenuti hanno portato alla costruzione diun impianto di stoccaggio del catalizzatore esausto nelbitume. Un problema simile si è presentato in Olandacon le scorie prodotte dalla lavorazione dello zinco eutilizzate come materiale per pavimentazione stradale.Le scorie contengono metalli nocivi ed oggi il loro usoé proibito, ma le strade esistenti possono inquinare lefalde acquifere.

delle pavimentazioni e la formulazione e le caratteri-stiche dei conglomerati bituminosi.Prodotti innovativi come gli asfalti drenanti e gli «sto-ne mastic», i rivestimenti a bassissimo spessore, hannotrovato, negli ultimi anni, ampio impiego in tutti i Paesieuropei.Anche le emulsioni bituminose, il cui uso può ridurrel'inquinamento atmosferico ed il consumo energetico,sono state oggetto di numerosi studi che hanno porta-to ad un notevole sviluppo tecnologico.I progressi compiuti nella formulazione delle miscelebituminose e nei saggi usati per valutarne le prestazio-ni vengono considerati alla luce dei risultati del pro-gramma SHRP, appena conclusosi, e delle esigenze delCEN, il Comitato di normalizzazione europeo nel set-tore bitumi e conglomerati.Fino ad oggi ogni Paese europeo ha sviluppato proce-dure proprie più o meno avanzate, ma probabilmentesolo dopo che saggi e apparecchiature saranno stati uni-formati si potrà migliorare la qualità dei risultati.

Bitumi modificati

L'aggiunta di additivi, come fibre o polimeri, ai bitu-mi per migliorarne le prestazioni è ormai diventata unaprassi comune.

a) fibre

Le fibre come additivi per bitumi hanno conosciuto,negli ultimi 10 anni, un grande sviluppo in molti Paesieuropei. Lana di roccia e vetro, amianto e cellulosa ven-gono utilizzate per i seguenti impieghi:- strati sottili per rivestimenti destinati a ripristinare

la rugosità superficiale (es. asfalti «split mastics» e«stone mastics»)

- strati a basso spessore, a basso contenuto di vuotied elevata resistenza alla fatica

- conglomerati drenanti ad alto contenuto di vuotiSamans e coll. (3:18) confrontano le caratteristiche (na-tura chimica, dimensioni, densità etc.) di alcune fibree dimostrano che, quando si scelgono correttamentequantità e tipo di fibra, si ottiene un effetto migliorati-vo ed una elasticità a bassa temperatura in molti casipiù soddisfacente di quella delle miscele bituminose ad-ditivate con polimeri.Un interessante studio teorico elaborato dagli AA sul-le correlazioni fra la morfologia di questi materiali ele loro prestazioni dimostra la validità dei risultati ot-tenuti.L'aggiunta di fibre minerali riduce inoltre la tendenza

alla deformazione del conglomerato soggetto a traffi-co pesante (3:01) e la formazione di profonde fessura-zioni sul manto stradale (3:02).Nel primo caso le prestazioni migliori si ottengono conl'uso combinato di polimeri e fibre minerali, nel secon-do è necessario incorporare nel bitume corte fibre sin-tetiche e d'acciaio: i problemi di corrosione si evitanoinserendo l'acciaio negli strati profondi.

b) polimeri

L'SBS è certamente fra i polimeri più largamente usatiper migliorare le proprietà dei bitumi ed in particola-re la suscettibilità termica.I bitumi modificati mostrano minore deformabilità adalta temperatura e maggiore flessibilità e resistenza al-la rottura a bassa temperatura (3:05,07).

Secondo Judycky (4:27) l'uso di bitumi modificati conelastomeri stirene-butadiene carbossilati produce, nel-la costruzione di tutti gli strati della pavimentazione,miglior resistenza alla deformazione e alla rottura, no-tevole aumento della resistenza alla fatica degli stratibituminosi e nessuna variazione nella capacità di sop-portare i carichi.Gli effetti sono comunque più evidenti, rispetto ai bi-tumi non additivati, in condizioni estreme (bassa ed altatemperatura, bassa portanza degli strati inferiori dellapavimentazione).Le analisi sono state condotte su pavimentazioni di stra-de a traffico molto pesante, leggero e molto leggero.Anche la gomma proveniente da vecchi copertoni o altriprodotti di scarto può essere trasformata in un buonadditivo per bitumi 3:06).Nonostante le difficoltà che si incontrano nel trattarein modo appropriato e nel disperdere nel bitume que-sto materiale residuale, che per la sua resistenza e du-rata costituisce un problema ambientale semprecrescente, il riutilizzo rappresenta un'allettante soluzio-ne per il suo smaltimento.Le modalità di confezionamento e di posa in opera mo-dificano le proprietà dei bitumi additivati con polime-ri (3:36).I risultati mostrano che la maggior parte delle modifi-cazioni strutturali avvengono nell'impianto di misce-lazione dove, oltre all'ossidazione del bitume, si produceuna parziale degradazione del polimero con variazio-ne della distribuzione dei pesi molecolari.Il bitume modificato mantiene comunque caratteristi-che prestazionali nettamente diverse da quelle del bi-tume non additivato.

Rivestimenti bituminosi

La richiesta del mercato e lo sviluppo della tecnologiahanno portato alla formulazione di materiali bitumi-nosi per pavimentazioni dalle caratteristiche e presta-zioni sempre più avanzate.Le maggiori innovazioni riguardano i conglomerati po-rosi e drenanti, i rivestimenti a bassissimo spessore ele emulsioni.

c) conglomerati porosiI conglomerati porosi, che consentono una migliore te-nuta di strada sul bagnato e assorbono il rumore, of-frono maggiore sicurezza e conforto all'automobilista.L'interesse crescente per questo tipo di manto stradaleha fatto nascere nuovi bitumi modificati che consen-tono di ottenere rivestimenti più duraturi.Brulé e coli. hanno studiato l'influenza delle proprietàdel bitume (tal quale e modificato con polimeri) e del-l'aggregato sulle caratteristiche meccaniche e sulla sen-sibilità all'acqua dei conglomerati porosi.L'aggiunta di fibre minerali migliora le proprietà mec-caniche, ma i risultati più interessanti si ottengono conmiscele EVA-fibre minerali.Insieme ai conglomerati porosi è nato anche il concet-to di «stutture riserva» che consentono di prevenire glieffetti delle piogge torrenziali assorbendo l'acqua perun tempo sufficiente ad evitare lo straripamento dei col-lettori e rilasciandola poi più lentamente.Queste strutture possono essere usate sia per aree ur-bane, soprattutto parcheggi, sia per strade con trafficopesante che presentano particolari problemi in caso dipioggia.Sono costituite da 30-40 cm di materiale poroso (finoal 30% di porosità) ricoperto superficialmente con unostrato di bitume, generalmente modificato, mescolatocon inerte poroso.Il progetto di queste pavimentazioni è determinato dallapriorità che si intende dare alle molteplici funzioni cheesse svolgono: drenaggio dell'acqua in caso di forti piog-ge, riduzione del rumore da traffico, antinquinamen-to quando trattengono particelle solide contenentisostanze tossiche.Goacolou (3:19) descrive inoltre un sistema per man-tenere puliti i pori di questi strati.La forma dell'aggregato influenza notevolmente la per-meabilità dei manti porosi; inerti irregolari possono peg-giorare alcune prestazioni di questo tipo di materiali,ma ne migliorano altre come la permeabilità (3:27). Ap-profondire le correlazioni fra la composizione delle mi-scele, le caratteristiche meccaniche del materiale e la

capacità drenante può essere un sistema poco costosoper ottimizzare le prestazioni.

d) rivestimenti a bassissimo spessoreI rivestimenti molto sottili sono stati applicati per laprima volta in Francia nel 1988

e da allora hanno co-stituito il rivestimento di milioni di m2 di strade, congrande varietà di traffico e di clima (3:14,15,17).I controlli eseguiti durante quattro anni hanno forni-to risultati molto promettenti.Questo rivestimento contribuisce alla manutenzionedelle superfici a costi ragionevoli, e presenta ottime ca-ratteristiche di aderenza e permeabilità.I rivestimenti a bassissimo spessore sono costituiti dadue strati: uno, di interfaccia, formato da un bitumead elevato contenuto di polimero applicato sotto for-ma di emulsione e uno, superficiale, ultrasottile (10 -20 mm) costituito da aggregato a granulometria moltodiscontinua rivestito di bitume additivato con polimeri.Si posano in opera con una macchina apposita che ap-plica simultaneamente i due strati.

e) emulsioniProblemi ambientali, di salute e di sicurezza contribui-ranno probabilmente a sostituire parzialmente le mi-scele a caldo attualmente usate per la costruzione dellestrade con l'uso del bitume a freddo sotto forma diemulsione (es. strade urbane).Le emulsioni, oltre a non produrre inquinamento, di-minuiscono i costi di costruzione e possono essere usatein regioni lontane dagli impianti di produzione di mi-scele a caldo.Esse rappresentano pertanto un interessante settore distudio che dovrebbe trovare sviluppo nei prossimi an-ni, dopo un periodo di abbandono.Secondo Marchal e coli. (3:09) per ottenere buone pre-stazioni da emulsioni a freddo è necessario tener con-to di molte caratteristiche come: velocità di rottura inpresenza di aggregato, adesività, stabilità allo stoccag-gio e viscosità.Anche la natura, la concentrazione e la distribuzionegranulometrica dell'emulsionante giocano un ruolo im-portantissimo sulla qualità dell'emulsione.Rivestire in modo uniforme particelle sia grosse che pic-cole di un certo aggregato risulta sempre difficile ed inol-tre il materiale ricoperto può essere stoccato solamentequando il legante contiene una quantità di flussante suf-ficiente a conferirgli malleabilità. Questi problemi pos-sono però essere superati formulando in modo correttol'emulsione, vale a dire scegliendo opportunamente ledimensioni delle particelle ed il tipo di emulsionante.

Da uno studio condotto su campioni prelevati da 8 au-tostrade svizzere aperte al traffico nel periodo 1966-1975(3:37), si può comprendere quanto la formulazione dellemiscele e la costruzione della pavimentazione determinila qualità e la durata della strada.Le prove standard attualmente a disposizione non so-no in grado di predire in modo soddisfacente il com-portamento di miscele bituminose durante l'utilizzo.Questo ha favorito lo sviluppo di nuove procedure eprove di laboratorio che rispondono meglio all'impel-lente necessità di correlazione fra risultati analitici e pre-stazioni in loco. Solo con tale premessa è infatti possibilescegliere la formulazione che meglio soddisfa le neces-sità specifiche.

f) procedure analitiche e saggi di laboratorio

Franken e Vanelstraete (3:03) presentano una proceduraanalitica ed un programma di calcolo che consentonodi prevedere i vuoti negli aggregati minerali e quindidi scegliere la miglior combinazione rispetto alla dura-ta e alla stabilità.In Francia sono stati messi a punto due metodi che,combinati, permettono di ottimizzare la formulazio-ne delle miscele in termini di «compattezza» e di resi-stenza alla deformazione, due proprietà in antitesi traloro (3:11).Le caratteristiche meccaniche delle miscele sono da cor-relarsi con quelle strutturali della pavimentazione edin particolare al tipo ed allo spessore degli strati. Que-sto concetto viene esemplificato nella memoria di Le-sage (3:10) che considera una pavimentazione stradalecostituita da un «corpo» (strato di collegamento) e dauna «pelle» (strato superficiale).Se si riesce a rinforzare il corpo rendendolo «muscolo-so» e flessibile, si può assottigliare la pelle.Ciò è possibile con particolari bitumi molto duri (pen.25 a 25 °C) aventi caratteristiche simili a quelle dei bi-tumi modificati e comportamento termico a bassa tem-peratura confrontabile con quello di materiali a pen.60/70.Le miscele bituminose ricche in aggregato grosso e agranulometria discontinua (Splitmastic Asphalts) resi-stono meglio alla deformazione (3:23).La durata di questi prodotti migliora se si crea un ma-stice (bitume e aggregato) che costituisce un film di le-gante che rallenta l'ossidazione e facilita il costipamentodurante la posa in opera.Per migliorare le proprietà reologiche del mastice ven-gono utilizzati numerosi materiali fra cui cellulosa, fi-bre minerali, terra di diatomee e polimeri sintetici.I risultati mostrano che le prestazioni migliori si ot-tengono con mastici additivati con polimeri.Tarbjrn (4:33) illustra un nuovo metodo per verificarela resistenza all'usura delle pavimentazioni prendendoin considerazione qualità e massima dimensione dell'ag-gregato minerale, tipo di pavimentazione e di bitume,velocità dei veicoli.Provini di conglomerato, preparati in laboratorio incondizioni realistiche e controllate, sono stati colloca-ti sia su un manto stradale esistente che in un simula-tore di traffico ed esaminati durante un periodo di 4anni. I risultati ottenuti sono perfettamente correlabili.La tendenza alla segregazione delle miscele e le loro pro-prietà meccaniche più importanti possono essere mi-surate mediante semplici attrezzature utilizzando siacampioni preparati in laboratorio che «carote» prele-vate dalle strade (4:32,36). Proprietà e durata delle pa-

Serfass e coli. (3:16) propongono un doppio processodi miscelamento per risolvere le difficoltà derivanti dalladistribuzione non omogenea del legante che tende a ri-vestire gli inerti più piccoli.Questi, miscelati a freddo o a caldo con il bitume, ven-gono aggiunti agli inerti più grossi precedentemente ri-vestiti con il legante.Si ottengono così emulsioni più uniformi che possonoessere usate subito oppure stoccate e che, secondo pro-ve fatte nel corso di 4 anni, forniscono, sul campo, pre-stazioni nettamente superiori a quelle ottenute con ilprocesso tradizionale.Poiché oggi non esiste una normativa universale perla composizione delle emulsioni fredde dense, Niko-laides e coll. (3:25) propongono una metodologia cheutilizza l'apparecchiatura Marshall e consente di for-mulare questo tipo di emulsioni in modo da ottenereottime prestazioni.

vimentazioni sono valutate da Eriksen e coli. median-te metodi microscopici (4:04).Azevedo e coli. (4:2B) suggeriscono una nuova meto-dologia per determinare rapidamente le proprietà di re-sistenza alla fatica di miscele bituminose.Sehwerg e coli. (4:35) riferiscono sul comportamentodi miscele bituminose, dopo 4 anni di servizio, per quan-to riguarda le caratteristiche geometriche, le condizio-ni delle superfici, le deformazioni e lo stato didegradazione del manto stradale.I risultati ottenuti da misure fatte «in loco» e da provedi laboratorio, eseguite su campioni prelevati dalle pa-vimentazioni, mostrano che non esistono differenze evi-denti di comportamento fra bitumi classici e additivaticon polimeri.Tuttavia l'uso di questi ultimi sembra indispensabileper migliorare il rischio di fessurazioni. Fra le tecni-che proposte per rallentare la propagazione delle fes-surazioni che compaiono sulle carreggiate a causa deifenomeni di dilatazione, la più efficace sembra esserequella che associa un sottile strato superficiale di mate-riale bituminoso ad uno intermedio, posato direttamen-te sulla pavimentazione fessurata costituito da sabbiae legante 4:09).Questo «complesso», molto efficiente nei riguardi del-la fessurazione, può pero generare problemi di stabili-tà, soprattutto sotto il traffico pesante: é quindi moltoimportante trovare delle condizioni che riescono a con-ciliare le due proprietà.Meunier (4:13) e Goacolou (4:16) utilizzano come si-stema per ridurre le fessurazioni membrane molto de-formabili anche a bassa temperatura, protette da unostrato bituminoso steso a freddo. Presso l'Istituto perla Ricerca e Costruzione di Ottawa (4:03) é stato ela-borato un apparecchio che consente di valutare i risul-

tati delle tecniche di riparazione come la chiusura del-le fessurazioni.Anche se i metodi di laboratorio non possono sosti-tuire le prove fatte «in loco», in questo caso si ottengo-no risposte attendibili sul comportamento di sistemie materiali utilizzati per il ripristino delle pavimen-tazioni.

g) modelli matematiciSono stati presentati molti metodi di calcolo per simu-lare sovrastrutture stradali, confrontarle e determina-re le loro capacità portanti (4:16,30,32).In alcuni sistemi é anche possibile paragonare i costie, inserendo alcuni parametri specifici, considerare si-tuazioni particolari come la protezione contro il gelo(4:06).Un programma di calcolo consente di prevedere la du-rata della pavimentazione in funzione dei vari parametriche vengono inseriti in 4 diversi «database»: struttura,materiali, temperatura e traffico (4:07).

La memoria presenta due esempi: uno riguarda gli ef-fetti della temperatura sulla tendenza alla deformazio-ne della pavimentazione ed i benefici che si ottengonocon bitumi modificati, l'altro dimostra che, aumentandoil carico massimo per asse da 10 a 11.5 tonnellate, ladurata della pavimentazione si dimezza.Launois e coli. (4:10) presentano un modello compu-terizzato per calcolare lo stress termico indotto dai ci-cli di temperatura notte-giorno sulle pavimentazioni.Il modello consente di paragonare diversi bitumi in con-dizioni climatiche differenti.Lo stress termico a cui é sottoposta una miscela bitu-minosa, durante un ciclo di temperatura è stato calco-lato con questo programma e misurato sperimentalmen-te. Anche se i risultati sono soddisfacenti, ancora mol-

to resta da fare per predire la durata di una pavimenta-zione rispetto allo stress termico.

Gli AA. hanno allora utilizzato dei dati sperimentaliottenuti con la prova di flusso dinamico (che si è di-mostrata molto valida nell'indicare la resistenza alla de-formazione) come parametri da inserire in uno deimodelli.I risultati sono stati ragionevoli, ma non ancora soddi-sfacenti, a dimostrazione che i modelli matematici uti-lizzati non sono idonei per una accurata analisiquantitativa della tendenza alla deformazione delle pa-vimentazioni.

RiciclaggioLa tecnologia del riciclaggio del conglomerato bitumi-noso e in grande sviluppo in quanto presenta indubbivantaggi economici ed ecologici.Le tecniche di riciclaggio si dividono in due categorie:a caldo e a freddo.

h) a freddo

Il riciclaggio a freddo è basato sulla miscelazione delmateriale recuperato e macinato con una speciale emul-sione di bitume modificato, che restituisce flessibilitàe proprietà meccaniche al bitume preesistente e con-sente di realizzare un prodotto finale riciclato aventele stesse proprietà meccaniche di un conglomeratonuovo.La miscelazione del materiale può essere fatta «in lo-co» con una serie di macchine che compiono l'interaoperazione di riciclo senza interruzione e restituisco-no la strada pronta per l'uso (4:20).In questo caso la miscelazione fornisce materiali dellastessa qualità di quelli prodotti a caldo, ma con il van-taggio di minori emissioni.Il riciclo a freddo è stato ampiamente applicato, condiverse tecnologie, negli USA, in Francia e in Svezia,con lo scopo di ripristinare superfici stradali di variotipo.I risultati ottenuti sono molto soddisfacenti e spessoquesta tecnica si è dimostrata più conveniente di altre.Prima di ogni operazione è però necessario analizzareil bitume presente nello strato da riciclare, gli aggrega-ti e, con opportuni saggi, determinare le caratteristi-che dell'emulsione bituminosa e dei nuovi aggregati,per ottimizzare la formulazione delle miscele secondole esigenze specifiche.

i) a caldo

Nel riciclaggio a caldo il materiale rimosso dalla pavi-mentazione viene mescolato a caldo con nuovo aggre-gato e nuovo bitume in impianti fissi di conglome-razione.

Il software «Orniere» della Shell è stato utilizzato daFaure e coli. (4:11) per calcolare l'influenza della velo-cità e della massa degli autocarri sulla deformazione dellepavimentazioni stradali.Lo studio ha evidenziato che, oltre alla velocità, il tipoe la portata degli autocarri hanno enorme rilevanza sullaresistenza alla deformazione delle strade (i veicoli a 5assi e 40 tonnellate di carico hanno effetti di 4 voltesuperiori, per quanto riguarda la deformazione, rispettoa quelli a due assi).Il rischio di deformazione può essere notevolmente di-minuito utilizzando bitumi ad alto indice di penetra-zione (+0,5). Nugteren e coll. (4:24) hanno applicatodue modelli denominati Shell e BRRC per prevederela deformabilità di 5 miscele bituminose olandesi, ri-cavando però risultati differenti.

Gli svantaggi di questa tecnologia sono: spese di tra-sporto, controllo delle emissioni dell'impianto e quan-tità del materiale di riciclo che può essere incorporatonella nuova miscela (non più del 40-50%).I prodotti che si ottengono hanno però caratteristichemolto simili a quelle di conglomerati bituminosi nuo-vi. Woodside e coll. (4:38) hanno studiato i cambiamentiprodotti dopo anni di servizio sulla composizione e sulleproprietà reologiche del bitume da riciclare.L'analisi GC-MS evidenzia modificazioni significativeche però non sembrano influenzare il comportamen-to del materiale quando viene riutilizzato.Anche Sanchez Caba e coll. confrontando un bitumestandard con materiali riciclati trattati con agenti rige-neranti concludono che il comportamento, dopo 3 an-ni di servizio, è molto simile (4:29).

zamento delle strade esistenti, fattori non meno impor-tanti della costruzione, richiedono oltre ad una tecno-logia avanzata, un'adeguata programmazione diinterventi.Anche se sono stati elaborati numerosi sistemi di «ma-nagement» delle strade, spesso utilizzati in modo rou-tinario, rimane ancora molto da fare per migliorare imodelli e i criteri che determinano l'adeguatezza e lapriorità degli interventi.

Riassunto

La presente rassegna intende offrire una sintesi dello«stato dell'arte» della scienza e tecnologia dei bitumiemerso dal 5° Eurobitume tenutosi a Stoccolma nel giu-gno del 1993.Vengono soprattutto presentati gli aspetti chimico-scientifici relativi ai bitumi tal quali e modificati e quellitecnologici inerenti le applicazioni stradali dei conglo-merati asfaltici.

Abstract

5th Eurobitume Congress, held in Stockholm in june1993, presented a up to-date treatment of asphaltchemistry and behaviour.The main goal of this review is to offer a syntetic over-view of the new trends emerged in this congress con-cerning the chemistry and technology of paving asphaltmixes.

L'obiettivo principale di costruttori e utilizzatori è quel-lo di disporre di pavimentazioni stradali sicure, silen-ziose e durature, anche in condizioni di traffico moltointense.Per ottenere questi risultati è indispensabile ottimiz-zare oltre alle scelte dei materiali, la qualità della co-struzione.Risulta quindi molto importante disporre di saggi dilaboratorio in grado di simulare il comportamento inloco di bitumi e miscele e di programmi di calcolo af-fidabili che possano individuare la miglior soluzione.I saggi attualmente disponibili hanno raggiunto vari gra-di di sofisticazione: il progetto SHRP ha indicato co-me «standard d'oro» il livello massimo, ma esistonoanche «standard di bronzo» che richiedono procedurepiù semplici ed attrezzature meno costosi.E quindi possibile passare da una condizione di «bassatecnologia», come quella attuale, ad una più evoluta checonsenta di affrontare in modo appropriato e con mag-giori possibilità di successo situazioni diverse.La manutenzione ordinaria e straordinaria e il raffor-