Prove di Invecchiamento

Le principali prove riconosciute a livello nazionale, europeo ed internazionale per l’invecchiamento del bitume in laboratorio sono la prova RTFOT, con metodologia di prova standardizzata dalla EN 12607 – 1 per quello primario o a breve termine. Mentre l’invecchiamento secondario o a lungo termine avviene mediante la prova PAV Pressure Aging Vessel normata dalla EN 14769. Entrambe le prove sono state negli anni soggette a numerosi studi e differenti critiche da parte della comunità scientifica, ma rimangono tutt’oggi le due prove di riferimento.

4.2.5.1 RTFOT Rolling Thin Film Oven Test

La prova RTFOT descrive la metodologia per misurare gli effetti combinati dell’azione dell’aria e del calore su una pellicola sottile di bitume in movimento, al fine di simulare l’indurimento subito dal legante bituminoso durante la miscelazione in impianto durante la preparazione del conglomerato bituminoso. La norma sottolinea che la metodologia descritta non è applicabile ad alcuni leganti modificati oppure a quelli aventi una viscosità troppo elevata ma senza specificare cosa fare in questo caso. Il principio è che una pellicola di legante bituminoso in movimento viene riscaldata ad una determinata temperatura in stufa, per un determinato periodo di tempo, con un flusso costante di aria. Gli effetti del calore e dell’aria sono determinati in base alla variazione della massa (%), oppure come variazione delle caratteristiche del legante bituminoso, come la penetrazione, la prova palla – anello e la viscosità dinamica prima e dopo la stufa.

L’apparecchiatura di prova è sostanzialmente composta da:

• un forno, parallelepipedo, a doppia parete e riscaldato elettronicamente. Le dimensioni interne sono: un’altezza (340 ± 15) m, una larghezza di (405 ± 15) mm e una profondità di (445 ± 15) mm. La porta d’ingresso deve contenere una finestra simmetrica con due lastre di vetro resistenti al calore e separate da uno spazio;inoltre il forno deve essere in grado di immettere un flusso d’aria di 4000 ml/ minuto a temperatura e pressione fissate;

• termometro;

• contenitori in vetro, nei quali viene messo il campione di legante bituminoso sottoposto alla prova. Questi contenitori devono garantire resistenza al calore. La prova RTFOT è stata sviluppata, come detto in precedenza, per riprodurre in laboratorio l’invecchiamento primario. La prova consiste nel sottoporre una quantità di bitume nota (35 ± 0,5 g), all’interno di recipienti cilindrici posti a loro volta all’interno di una stufa avente un tamburo rotante che ruota ad una velocità di 15 giri/min. La temperatura fissa di prova è pari a 163 ± 1°C, i campioni vengono sottoposti per 85 minuti

continui ad un getto di aria controllato con portata di 4000 ml/min (Fig. 4.21). il contenuto di due delle otto bottiglie viene pesato per stabilire la perdita in peso dovuta alla volatilizzazione degli oli leggeri. Gli altri sei campioni, su cui erano state eseguite prove di penetrazione, rammollimento e viscosità, vengono riuniti per ottenere un sufficiente quantitativo di legante da utilizzarsi nelle successive prove di caratterizzazione fisica. Eseguendo dei calcoli tra i valori iniziali e finali, si determinano le variazioni delle caratteristiche fisiche dopo la procedura di indurimento.

Il parametro con cui più comunemente si indica la suscettibilità del bitume all’ossidazione è l’Aging Index, ovvero il rapporto tra viscosità a 60°C del prodotto recuperato e l’analoga viscosità del prodotto iniziale. Un altro Aging Index largamente usato, in alternativa a questo è quello che mette in relazione il modulo complesso del bitume vergine con quello del bitume invecchiato. Oltre a questa per ogni legante invecchiato si è misurata la penetrazione residua, l’incremento del punto di rammollimento e la tendenza del bitume a perdere prodotti leggeri durante la miscelazione, attraverso la verifica della differenza di peso dei recipienti.

Oltre all’invecchiamento eseguito alla temperatura di 163°C, è stata eseguita la prova RTFOT, alla temperatura di lavorabilità Twork per tutti i leganti modificati ed additivati.

4.2.5.2 PAV Pressure Aging Vessel

La PAV, acronimo di Pressure Aging Vessel, normata dalla EN 12769 prevede l’invecchiamento dei leganti disposto in appositi vassoi a temperature elevate e in condizioni di pressurizzazione entro un dispositivo di invecchiamento a pressione (PAV). Il principio su cui si basa la prova è quello che un pellicola fissa di legante venga riscaldata ad una specifica temperatura, sotto una determinata pressione d’aria e per un periodo determinato di tempo. Questo procedimento viene adottato per simulare i cambiamenti che avvengono nel legante durante il periodo di esercizio; gli effetti di questa procedura di invecchiamento sono valutati sul residuo del legante dopo la prova.

Fig. 4.23 – Pressure Aging Vessel L’apparecchiatura è composta da:

• contenitore di pressione/temperatura progettato per funzionare a 2,1 MPa tra gli 80 e 115 °C, realizzato in acciaio inossidabile con dimensioni tali da permettere l’inserimento di una padella capace di contenere un determinato numero di provini. Il fondo del recipiente deve essere tale da garantire che i contenitori vengano tenuti in posizione orizzontale con lo strato di legante bituminoso uniformemente distribuito lungo il diametro del contenitore;

• contenitore metallico con diametro di 140 mm e che permetta di inserire 50,0 ± 0,5 g di legante bituminoso.

Il PAV test consiste nel disporre in piatti piani metallici i campioni di bitume proveniente dalla precedente prova RTFO, nella camera principale del contenitore. Si

sottopone poi il legante ad una pressione di 2100 ± 100 kPa per 20 ore ad una temperatura variabile, da 90 a 110 °C, in funzione della massima condizione termica di progetto della sovrastruttura. Il legante sottoposto a questo test fornirà indicazioni utili per determinare il comportamento del legante invecchiato da 5 – 10 anni di esercizio in opera.