CAPITOLO 2. IL POLVERINO DI GOMMA DI PNEUMATICO RICICLATA. 43
Il granulato di gomma può essere ottenuto attraverso un processo detto ambientale, realizzato meccanicamente tagliando la gomma in strisce alla temperatura ambiente, oppure attraverso il processo criogenico, che prevede di portare la gomma a temperature molto basse mediante azoto liquido, rendendola fragile e fratturandola con colpi di maglio.
Durante la fase di triturazione la gomma subisce diversi cambiamenti, e le caratteristiche che rivestono particolare importanza nel prodotto ottenuto sono la morfologia della superficie della particella di gomma e la granulometria del polverino.
A queste si aggiunge la superficie specifica delle particelle, che costituisce un ulteriore fattore determinante per l’ottenimento di un prodotto adatto all’impiego in leganti e conglomerati bituminosi.
2.3.1 Processo criogenico
In questo caso la macinazione dei pneumatici avviene una volta raggiunta la temperatura di fragilizzazione della gomma (tra -87°C e –198°C). Per portarsi in queste condizioni, la gomma dei pneumatici viene collocata in un bagno di azoto, e per temperature molto basse diviene estremamente fragile e può essere facilmente frantumata mediante una pressa, ottenendo particelle di dimensione prefissata. II risultato di questo processo è un granulato di gomma avente superficie praticamente liscia.
Studi realizzati [2-9 e 2-10] dimostrano che la morfologia della gomma triturata è il fattore che influenza maggiormente le proprietà elastiche conferite alla miscela finale, le quali risultano migliori al diminuire del peso specifico e della dimensione delle particelle e all'aumentare della porosità della superficie dei granuli. L’introduzione nel legante mediante processo wet di particelle di gomma a superficie liscia, come quelle ottenute tramite processo criogenico, comportano rispetto all’impiego di grani porosi un minor grado di reazione col bitume stesso e proprietà elastiche della miscela inferiori.
Ulteriori studi [2-11] hanno evidenziato che il polverino ottenuto tramite processo criogenico ha bisogno di essere irruvidito attraverso un ulteriore passaggio in un molino cracker rotermill o in una apparecchiatura equivalente, al fine di assicurare una reazione completa fra bitume e polverino di gomma, dal momento che la maggior area ottenuta con i sistemi ambientali conferisce al polverino una maggiore reattività con il bitume. Come conseguenza di tali considerazioni, attualmente sul mercato si trovano altri tipi di polverino di gomma prodotti tramite processo criogenico e sottoposti ad una successiva triturazione finale, che può essere del tipo "Crakermill" o "Rotermill". I due processi terminano in una fase di setacciatura centrale finalizzata alla separazione delle particelle di polverino a seconda delle dimensioni, eliminando eventuali contaminanti quali acqua, fibre, minerali o metalli.
2.3.2 Processo Ambientale
Tale processo, come anticipato, permette di ottenere un granulato caratterizzato da una morfologia più adatta alla reazione col bitume, nel quale le particelle di gomma presentano superfici irregolari e porose, molto più estese rispetto a quelle delle particelle ottenute per via criogenica. Seguendo tale metodo viene effettuata una triturazione meccanica alla temperatura ambiente, effettuata per mezzo di lame e coltelli rotanti. Una volta separato dal materiale metallico, il granulato di gomma così ottenuto presenta una granulometria variabile tra 0.5 e 5 mm.
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Figura 2-7: Esempio di triturazione nel processo ambientale
Originariamente il polverino di gomma impiegato nella produzione di Asphalt Rubber proveniva dal processo ambientale e, principalmente, da pneumatici di automobili. La normativa ASTM D 6114 è stata sviluppata proprio sulla base di questo tipo specifico di polverino, utilizzato in Arizona e California.
In particolare, il pneumatico di un automobile è formato approssimativamente dall’85% di gomma e dal 15% di fibre di ferro e carcasse di poliestere. Dopo la vita economica, la percentuale di gomma nel pneumatico si riduce all’83% mentre la quantità di fibre di ferro rimane inalterata.
I pneumatici di camion sono composti da una maggior percentuale di gomma naturale rispetto a quelli di automobile. Per produrre un granulato di gomma idoneo all'introduzione nelle miscele bituminose, pertanto, viene suggerito dalla letteratura [2-12]
di tenere opportunamente conto di queste differenze, utilizzando, di conseguenza, adeguate percentuali di gomma da pneumatici di autocarro e autovetture.
Nella Figura 2-8 è rappresentata la composizione generica di una gomma di pneumatico di automobile.
15% Fibre Sintetiche 15% Gomma Naturale 15% Metalli
28% Carbone Nero 27% Gomma
sintetica
Figura 2-8: Composizione generica di un tipico pneumatico per automobili
Per quanto riguarda la distribuzione della gomma, nel battistrada dei pneumatici è presente principalmente gomma naturale mentre l’interno contiene differenti tipi di gomma sintetica. Nonostante queste differenze, il polverino di gomma può essere trattato come una gomma vulcanizzata dal momento che contiene sia gomma naturale che gomma sintetica. La struttura molecolare della gomma vulcanizzata contiene un numero elevato di incroci formati da una matrice solforosa e da altri agenti, che possono ridurre la mobilità della gomma. I polimeri, incluse le gomme, sono in grado di assorbire liquidi in funzione della loro natura, temperatura, viscosità del liquido, solvente e del tipo di polimero.
La provenienza della gomma utilizzata determina la natura chimica e la composizione della stessa, condizionando le prestazioni fornite una volta introdotta nelle miscele bituminose impiegate nelle pavimentazioni stradali. I pneumatici di camion e di automobile sono caratterizzati da tipi significativamente differenti di componenti, che possono condizionare le proprietà finali del legante durante il suo utilizzo in conglomerati bituminosi.
Dal momento che i pneumatici di camion fuori uso rappresentano una buona percentuale delle gomme di scarto totali, si è cominciato ad utilizzare questo tipo di polverino, sia puro (ossia 100% pneumatici di camion) che mescolato con polverino di gomme di automobile. A supportare questa scelta esiste un studio completo eseguito nell’ambito di una collaborazione tra due delle principali aziende europee operanti nel riciclaggio di pneumatici in ambito stradale (Recipneu e Consulpav), insieme alla canadese Recovery Technologies [2-13].
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Vari tipi di polverini di gomma prodotti mediante processi differenti (ambientale, criogenico, criogenico seguito da crackermill, criogenico seguito da rotermill e da rotermill ritrattato) e con gomma di origine diversa (automobile e camion) sono state mescolate con un bitume base (PG 64-16), in modo da produrre bitumi Asphalt Rubber differenti.
Un’ulteriore conclusione a cui è pervenuto tale studio comparativo mostra come non vi sia alcun vantaggio nel sottoporre la gomma ad un'elaborazione intensa di rotermill, dal momento che una doppia elaborazione porta a risultati difficili ed insufficienti rispetto ad una elaborazione semplice.
Il processo criogenico presenta l’importante vantaggio che tutta la gomma ottenuta può essere utilizzata per la produzione di Asphalt Rubber, senza perdite di materiale, comportando un risultato molto importante dal punto di vista economico. Questo tipo di processo riduce, quindi, i costi di produzione, origina un minor scarto, la produzione risulta più uniforme e ha la capacità unica di produrre direttamente ed efficientemente una elevata quantità di materiale molto fine. Inoltre, se si sottopone il polverino ottenuto mediante tale processo ad un successivo trattamento rotermill, si ottiene un prodotto avente caratteristiche ottimali per la reazione col bitume.
Tale conclusione, se da un lato compensa gli svantaggi precedentemente citati riguardo al processo criogenico in termini di rugosità del granulato, dall’altro suggerisce di sottoporre sempre il materiale così ottenuto a un ulteriore trattamento rotermill. Tale tipo di processo ha trovato ampia applicazione, tra gli altri, in Portogallo e Spagna, dove è normalmente utilizzato sin dal 1998.
2.4 Impiego nelle infrastrutture stradali
Oltre all’ambito stradale, i PFU sono stati impiegati in vari modi , sia sotto forma di pneumatici interi (sfusi o pressati) che di porzioni, come sottofondi in terreni paludosi, discariche e autostrade (fungendo da isolanti contro fenomeni di suzione per capillarità), oltre che in rilevati di varia natura (es. argini) con funzione stabilizzante, o ancora per realizzare opere di difesa delle coste marine conto l’erosione. Un esempio europeo di applicazioni è rappresentato da una combinazione di terra e porzioni di PFU collegate insieme a strati, ideato negli anni ’80 in Francia e denominato PNEUSOL, mentre uno studio molto interessante è stato recentemente effettuato in Texas, dove sono stati comparati tra loro rilevati realizzati sia con terra che con terra mescolata a diverse quantità di gomma, monitorandone la costipazione, l’andamento delle temperature interne, le acque di lisciviazione e valutandone i costi.
Altre applicazioni implicano la trasformazione dei PFU in granulato, che a seconda del tipo di processo impiegato, come visto sopra, possono avere rese anche solo del 60% rispetto al pneumatico di partenza, oltre a comportare costi che aumentano al diminuire della granulometria del prodotto finale.
L’impiego più diffuso dei granulati è relativo alle pavimentazioni, con alcune interessanti applicazioni fonoassorbenti e antivibranti anche in alcune tratte ferro-tranviarie. Una recente applicazione stradale sperimentata in Giappone e Svezia prevede l’applicazione di un manto di granulato di gomma legato con circa il 10% di poliuretani, il quale viene applicato con uno spessore di 4-5 centimetri sulla superficie stradale; presentando una percentuale di vuoti compresa tra il 20 e il 40% e risultando sia drenante che fonoassorbente. Tale tecnica presenta svantaggi legati ai costo elevati e alla capacità di aderire al sottofondo.
Attualmente in Italia vi è uno scarso interesse relativamente ai possibili impieghi nelle infrastrutture, a cui fa eccezione una crescente attenzione verso le applicazioni relative ai conglomerati bituminosi. Relativamente a queste ultime, la gomma può venir incorporata nei manti asfaltici in tre modi principali, definiti rispettivamente Processo Wet, Processo Dry e Refinery Blend Process.