Bitume

La normativa UNI EN 12597 definisce il bitume come: un materiale non volatile, adesivo ed impermeabile, derivato dal petrolio o greggio, completamente o quasi solubile in toluene, molto viscoso o quasi solido a temperatura ambiente Il bitume può essere interpretato dispersione di micelle in mezzo oleoso:

Asfalteni, agglomerati ad alto peso molecolare dispersi in mezzo oleoso grazie a resine
malteni, insieme di componenti più fluide, che influenzano il comportamento ad alte temperature e di resine, composti solubili viscosi a temperatura ambiente con notevoli proprietà adesive, che contribuiscono a flessibilità e duttilità degli asfalteni

Viscosità Bitume

La viscosità del bitume è particolare in quanto è influenzata dalla temperatura:

u = \frac{\tau}{\frac{d\gamma}{dt}} [Pa\cdot s]

In particolare:

Con T elevate ha un comportamento newtoniano, u è costante, pari a $u=A\cdot e ^{\frac{\beta}{D}}$
T alte regime non lineare, u dipende da tensione e gradiente di deformazione
T basse si comporta come solido-elastico

Il regime di temperatura di esercizio dell'asfalto in Italia va dai -15°C ai 60°C, quindi in questo intervallo deve avere viscosità costante ed elevata, mentre durante la fase di posa, deve avere viscosità bassa.

In particolare il bitume viene miscelato con temperature di circa 150°C per quelli normali tradizionali, mentre di 180°C per quelli modificati con additivi polimerici

Prove di classificazione e Controllo

Il bitume deve essere sottoposto a diverse prove:

Penetrazione (EN 1426)

Si misura la consistenza/durezza a temperatura ambiente (25°C) della penetrazione di unb ago standard con carico di 100g per 5 secondi. Da qui si classifica il bitume, ad esempio: "bitume 50/70" significa che la penetrazione è di 50-70mm

Punto di Rammollimento o Prova Palla-Anello (UNI EN 1427)

Si inserisce un campione di bitume a forma di palla in un anello d'ottono, si immerge in acqua ad una certa temperatura T, che aumenta in modo costante. Si misura la temperatura oltre la quale il bitume tocca la base del sistema posto 2.54cm sotto. Questo test serve per capire il passaggio tra stato semisolido e semiliquido

Prova di Fraass (UNI EN 12593)

La prova consiste nel misurare la temperatura alla quale il film di bitume (0.5mm su d'una piastra 41x20x0.15cm) presenta crepe e screpolatura per flessioni cicliche (1giro/s). Si parte da 15°C e si scende di un grado al minute. Questo test è utile per valutare la fragilità a basse temperature

Cilindri coassiali (UNI EN 13702-2)

Si prende un campione di bitume di 10.5g a 100-165°C e si fa girare all'interno dei cilindri a 20giri/min e si misura la resistenza a rotazione. Questo test permette di capire se al bitume sono stati aggiunti dei polimeri

Ritorno elastico (UNI EN 12607-1)

Con temperatura di 25°C si allunga il campione di bitume di 50mm/min fino a raggiungere 200mm, dopo di che viene tagliato a metà, lasciato "a riposare" per 30 minuti e si misura la distanza che c'è tra le due metà, chiaramente un bitume elastico presenterà allungamenti maggiori solitamente risultato ottenuto con bitumi modificati. I bitumi tradizionali hanno valori inferiori in questa prova.

Resistenza all'Indurimento (UNI EN 12607-1)

Questo test simula l'invecchiamento del bitume, si inserisce del bitume in contenitori di vetro su sopporto rotante a 163°C con un getto d'aria di 4L/min per 85 minuti, dopo si effettuano test di penetrazione e rammollimento

Stabilità allo stoccaggio (UNI EN 13399)

Misura la capacità del bitume di non separare le fasi, il test prevede l'inserimento del bitume in un cilindro a 180°C per 3 giorni, e si confronta test di penetrazione e rammollimento tra le varie parti del bitume.

Bitume Modificato

I benefici del bitume modificato sono:

Minore sensibilità ad escursioni termiche e maggiore reversibilità delle deformazioni
Riduzione della fragilità a basse temperature
Migliore assorbimento delle sollecitazioni critiche
Durabilità di miscela migliorata
Maggior adesione tra legante ed aggregati Contro:
Temperatura di posa più elevate circa 15-20 in più

Ci sono due tipi di bitume modificato:

Soft (SF), con tenore di polimero limitato
Hard (HD), con tenore di polimero elevato, il comportamento reologico è influenzato, è consigliato per carichi elevati

Valori di Viscosità

Indichiamo ora dei valori di viscosità generali (160°C) per il bitume (riportati in [Pa $\cdot$ s]):

Tradizionale: $0.02 \leq viscosità bitume \leq 0.1$
Soft: $0.1 \leq viscosità bitume \leq 0.35$
Hard: $0.35 \leq viscosità bitume \leq 0.45$

Fresato d'asfalto (UNI EN 13108-8)

L'asfalto fresato può essere recuperato seguendo la normativa UNI EN 13108-8 e viene definito secondo tale norma come: conglomerato bituminoso recuperato tramite fresatura degli strati stradali, riutilizzabile Solitamente più quantità di fresato inserisco in miscela maggiore sarà la quantità di bitume modificato.

Emulsioni Bituminose

Le emulsioni bituminose sono emulsioni di acqua e bitume, solitamente viene aggiunto un tensioattivo/emulsivo per stabilizzare l'emulsione, un altro per stabilizzare la conservazione nel tempo e per il gelo. Il problema principale è la rotture prematura dell'emulsione nei recipienti, la rottura deve avvenire nell'atto di impiego. Un esempio di applicazione di emulsione bituminosa è quella relativa alla corretta posa dello strato di usura dove è stato fresato lo strato vecchio, affinché lo strato nuovo di usura aderisca bene.