S TABILIZZAZIONE CON B ITUME S CHIUMATO

Il primo impiego del “bitume espanso” come legante in miscele stradali risale al 1956 per opera del dott. Ladis H. Csanyi che nel laboratorio di ricerca dell’università dello Stato dell’Iowa iniettò con successo del vapore nel bitume per creare una massa schiumosa. L’invenzione fu indotta dall’abbondanza di materiali scadenti presenti sul territorio e dalla carenza di aggregati di buona qualità.

Tale metodologia, estremamente conveniente se eseguita negli impianti fissi dove la schiuma poteva essere prodotta tranquillamente, risultava essere poco pratica per le operazioni in sito a causa della necessità di disporre di uno speciale equipaggiamento per il confezionamento delle miscele, quali le caldaie a vapore; essa inoltre trovava una scarsa applicazione su scala mondiale soprattutto a causa dei vincoli imposti dai diritti d’autore sugli inettori della schiuma. Negli anni ’90, con la prescrizione dei diritti d’autore, ci fu un grande aumento di interesse per questa tecnica di stabilizzazione. Il bitume caldo (160- 180°C) si trasforma in una sostanza schiumosa quando viene miscelato in un’apposita camera di espansione con una piccola quantità di acqua fredda molecolarizzata (di norma il 2% in massa). Allo stato schiumato (uno stato temporaneo di bassa viscosità) il bitume può essere aggiunto e mescolato con aggregati a temperatura ambiente e con contenuto d’umidità in sito. Il processo di schiumatura del bitume dipende dal fatto che l’acqua cambi il suo stato di aggregazione da liquido a gassoso. Alle normali pressioni atmosferiche tale processo è accompagnato da un espansione di circa 1500 volte il volume originale allo stato liquido (Figura 3. 7).

Figura 3. 7: Schema del processo di espansione del bitume

Quando le particelle vengono a contatto con il bitume caldo, l’energia termica del bitume viene trasmessa all’acqua. Non appena la temperatura dell’acqua raggiunge il punto di ebollizione, l’acqua cambia stato creando una bolla piena di vapore acqueo e ricoperta da una pelle sottile di bitume. Il bitume schiumato può essere usato come legante con i più svariati materiali, che spaziano dagli aggregati lapidei di qualità ottenuti per frantumazione fino alle ghiaie di qualità più scadente con un certo grado plasticità.

Così come avviene nella stabilizzazione con emulsioni bituminose, anche nel caso del bitume schiumato vengono normalmente aggiunte piccole quantità di cemento o calce. Oltre a migliorare la capacità di mantenimento della resistenza dopo il contatto con l’acqua, un tale filler attivo aiuta a disperdere meglio il bitume aumentando la frazione del materiale minore di 0,075 mm. Inoltre migliora la lavorabilità della miscela e ne riduce l’indice di plasticità. Il bitume schiumato è caratterizzato da due principali proprietà:

 Il rapporto di espansione è una misura della viscosità della schiuma e determina come essa si disperderà nella miscela. È calcolato come rapporto fra il volume massimo della schiuma di bitume in relazione al volume del bitume non schiumato.

 Il tempo di dimezzamento è una misura della stabilità della schiuma e fornisce un’indicazione sulla velocità di collasso della schiuma. È calcolato come il tempo, espresso in secondi, durante il quale il volume massimo raggiunto dal bitume nel processo di schiumatura si riduce della metà.

Generalmente la schiuma migliore è quella che riesce ad ottimizzare sia il rapporto di espansione che il tempo di dimezzamento (Figura 3. 8).

Figura 3. 8: Parametri importanti per valutare la qualità del bitume schiumato: il tempo di dimezzamento e l’espansione diminuiscono con il crescere della quantità di acqua aggiunta

Queste due caratteristiche di rilevante importanza sono influenzate dai seguenti fattori:

 Acqua di aggiunta: aumentando la quantità d’acqua iniettata nel bitume, il volume della schiuma prodotta aumenta 1500 volte. Dunque aumentando la quantità d’acqua crescono le dimensioni delle bolle create e di conseguenza aumenta il rapporto di espansione. Con il crescere delle dimensioni delle singole bolle si riduce anche lo spessore della pellicola di bitume, il che si riflette in una minore stabilità della schiuma, con conseguente riduzione del tempo di dimezzamento.

 Tipo di bitume: per la produzione di bitume schiumato sono generalmente usati bitumi aventi indici di penetrazione compresi tra gli 80 e 150, benché in passato si siano usati con successo anche bitumi più solidi soddisfacenti i requisiti minimi riguardanti le proprietà schiumogene.

 Provenienza del bitume: alcuni tipi di bitume schiumano meglio di altri per via della loro composizione

 Temperatura del bitume: la viscosità del bitume è inversamente proporzionale alla temperatura, quindi, quanto più bassa è la viscosità maggiore sarà la temperatura e le bolle che si formeranno quando l’acqua cambierà stato durante il processo di schiumatura;

 Pressione del bitume e dell’acqua: il bitume e l’acqua sono iniettati nella camera di espansione attraverso ugelli di piccolo diametro. Aumentando la pressione nelle linee di alimentazione si ottiene una dispersione dei flussi attraverso gli ugelli, particelle più piccole che avranno maggiore area di contatto e di conseguenza migliora l’omogeneità della schiuma.

 Additivi: Sul mercato ci sono molti prodotti che influenzano le proprietà schiumogene sia positivamente che negativamente.

Nella Tabella 3. 2 si riassumono i principali vantaggi e svantaggi dell’applicazione di bitume schiumato quale legante.

BITUME ESPANSO

Vantaggi Svantaggi

 Pavimentazione flessibile e resistente: il materiale trattato con bitume espanso a una Malta flessibile che lega le particelle più grosse. Ha quindi una resistenza alla deformazione e a fatica superiore alla media.

 Facilità di applicazione: la riciclatrice è collegata al serbatoio e il bitume è iniettato con una speciale tipo di barra sprezzatrice.

 Costo: il bitume espanso è composto da bitume avente un indice di penetrazione standard. Non ci sono ulteriori costi di produzione, è perciò meno costoso delle emulsioni.

 Tasso di aumento della resistenza: il materiale può sopportare il carico del traffico subito dopo la posa.

 Il processo di espansione richiede un bitume molto caldo, al di sopra dei 160 °C. Ciò richiede di solito una attrezzatura speciale dotata di determinate misure di sicurezza.

 Qualità del bitume: la qualità del materiale stabilizzato è determinata dalle caratteristiche schiumogene che dipendono ampiamente dalla qualità del bitume.

 Tipo di materiale e condizioni: il materiale saturo e il materiale caratterizzato da una carenza di fini non possono essere trattati con bitume espanso