Master Curve pre RTFOT

In questo paragrafo sono riportati i grafici ottenuti dalle prove in frequency sweep effettuate dai 4 materiali testati, prima dell’invecchiamento del legante. Il primo confronto eseguito è stato quello fra il bitume avente grado di penetrazione 70/100 con il bitume modificato tramite il 5,5% di SBS (Hard M), successivamente i due leganti aventi lo stesso tipo di modifica e addittivazione (Lowval e Lowval HM 40), ed infine il confronto fra tutti e 4 i leganti.

Fig.5.19 – Master Curve Bitume 70/100

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Paragonando il bitume tradizionale, avente penetrazione di 70/100 dmm (figura 5.19), con quello modificato, avente come detto in precedenza, una quantità di polimero SBS pari al 5,5% (Hard M, figura 5.20) si denotano differenti caratteristiche di resistenza meccanica in risposta alla sollecitazione oscillatoria indotta dal DSR.

Alle basse frequenze, corrispondenti alle alte temperature grazie al principio di sovrapposizione, per il bitume Hard M si ha un angolo di fase minore rispetto a quello del non modificato. Il fenomeno è dovuto all’aggiunta del polimero SBS che altera il comportamento del materiale, aumentandone le proprietà elastiche anche alle alte temperature in cui la componente elastica ritardata da il suo contributo. Si ha quindi una componente elastica maggiore alle basse frequenze ed un accumulo di deformazione irreversibile minore. Il modulo complesso G* dell’Hard M è circa un ordine di grandezza più grande del bitume non modificato.

Aumentando la frequenza, quindi andando ad investigare temperature d’esercizio minori, gli angoli di fase decrescono mentre i moduli complessi crescono e mostrano valori del tutto simili tendenti asintoticamente al modulo vetroso

Alle alte frequenze di carico, corrispondenti alle basse temperature, il bitume non si comporta più come un fluido ma come solido. L’angolo di fase assume valori bassi tendenti a 0°, il che è dovuto all’irrigidimento del materiale che esplica quasi totalmente la sua componente elastica. In valore assoluto, i moduli complessi mostrano dei risultati paragonabili tra i due materiali (figura 5.19, 5.20).

Nell’allegato B sono riportati i valori delle Master Curve per i diversi tipi di materiali testati.

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Fig.5.21 – Master Curve Lowval

Fig.5.22 – Master Curve Lowval HM 40

In parallelo a quanto analizzato fino ad ora, sono stati testati due materiali aventi lo stesso tipo di modifica, sia come percentuale di polimero (4,5%) che di additivo (~2,0%), ma aventi un differente grado di durezza del bitume di partenza (50/70 dmm per il Lowval, figura 5.21; 30/50 dmm per il Lowval HM 40, figura 5.22).

Alle basse frequenze si denotano le differenze sostanziali tra i due leganti, il Lowval, materiale più soft, mostra un angolo di fase minore rispetto a quello del Lowval HM 40, quindi in termini di comportamento presenta una componente

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elastica maggiore. Analizzando i valori del modulo complesso in valore assoluto si hanno dei risultati paragonabili.

Spostando lo spettro di frequenza verso valori maggiori, il Lowval HM 40 esplica un flesso marcato nell’andamento dell’angolo di fase, ciò sta a significare un inversione di comportamento del materiale che passa da una fase prevalentemente viscosa ad una essenzialmente elastica. Il Lowval presenta un comportamento più graduale nel passaggio dalla componente viscosa a quella elastica, qualitativamente è mostrato nel grafico dalla differente pendenza del flesso. Una spiegazione logica ma non confermata, può essere data dal fatto che il polimero non è stato attivato adeguatamente all’atto della miscelazione. Per giustificare quanto detto occorrerebbe svolgere dei test aggiuntivi per verificarne l’omogeneità del campione precedentemente testato.

Avvicinandoci allo spettro delle alte frequenze le due curve tendono a convergere asintoticamente in maniera similare al modulo vetroso. Anche per questi materiali, la modifica del polimero non crea sostanziali differenze di comportamento, in quanto prevale l’irrigidimento del materiale. Quindi a parità di modifica, sia polimerica che di addittivazione, alle basse frequenze il bitume hard (Lowval HM 40 30/50 dmm) mette in mostra maggiormente la sua componente viscosa a scapito di quella elastica.

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Confrontando tra loro le master curve dei quattro materiali (3 modificati e 1 non modificato, figura 5.23) si possono effettuare le seguenti considerazioni in termini di resistenza meccanica.

Alle basse frequenze, momento in cui si sente maggiormente l’influenza della modifica, si evidenzia la differenza tra il bitume non modificato da quelli modificati (circa un ordine di grandezza di differenza), il che si traduce in una resistenza maggiore del materiale, all’accumulo delle deformazioni irreversibili. Alle medie frequenze, spettro di sollecitazione direttamente rapportabile alle frequenze generate dal traffico veicolare ed in particolare dei mezzi pesanti, si nota come il modulo complesso G* del Lowval HM 40 sia maggiore rispetto a quello degli altri tre materiali. Tale differenza potrebbe rappresentare oggetto di studi futuri affinché si evinca il motivo per cui, a parità di modifica polimerica e di addittivazione, il materiale più duro abbia caratteristiche prestazionali migliori. Alle alte frequenze i materiali tendono asintoticamente al modulo vetroso e si comportano in maniera analoga come già spiegato nei grafici precedenti.

Fig.5.24 – Black Diagram pre RTFOT

Una rappresentazione alternativa dei risultati ottenuti dalle prove in regime oscillatorio sinusoidale è attraverso il Black Diagram nel quale vengono messi in relazione l’angolo di fase con il modulo complesso G*. Per i bitumi modificati si può notare un andamento tipicamente a campana, mentre per il

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bitume non modificato si ha un andamento più lineare in cui non compare la tipica componente elastica ritardata (figura 5.24). Tendenzialmente per i bitumi modificati l’angolo di fase non supera mai un valore variabile intorno ai 60°, il che sta a significare che si ha una componente elastica maggiore rispetto a quella di un bitume tradizionale.

Meritata una nota il fatto che il campione di bitume Lowval HM 40 testato non presenta il tipico andamento, come esplicato dagli altri campioni. Il che potrebbe essere dovuto a dei problemi di machine compliance, ma il fenomeno andrebbe totalmente investigato.

Fig.5.25 – Cole-Cole pre RTFOT

Nel piano di Cole-Cole vengono messi in relazione il modulo di immagazzinamento G’ ed il modulo di dissipazione G’’. Facendo riferimento ai modelli meccanici equivalenti di base (solido elastico, liquido viscoso, corpo di Maxwell, corpo di Kelvin Voight) si può studiare il comportamento dei materiali testati. Dal grafico in figura 5.25 si può desumere che i quattro leganti hanno un comportamento viscoelastico. Nel tratto iniziale i quattro materiali presentano un andamento omogeneo, poi l’influenza della modifica polimerica crea una variazione di picco delle campane mostrando come il bitume Hard M, a parità di modulo G’, quindi di componente elastica, abbia un modulo G’’ nettamente inferiore rispetto agli altri materiali.

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