Capitolo 2: I bitumi........................................................26

I

Sommario

Introduzione: ... 1

Capitolo 1: La reologia... 2

1.3 Creep e stress relaxation... 6

1.4 Principio di sovrapposizione di Boltzmann ... 8

1.5 Analisi dinamica in regime oscillatorio... 9

1.6 Modelli meccanici del comportamento viscoelastico... 13

1.6.1 Modello di Maxwell ... 13

1.6.2 Modello di Voigt ... 14

1.7 Spettri di ritardo e di rilassamento ... 15

1.8 Principio di equivalenza tempo-temperatura ... 17

1.9 Viscometria ... 20

1.9.1 Geometria piatto-cono ... 22

1.9.2 Geometria piatto piatto ... 24

Capitolo 2: I bitumi ... 26

2.1 Origine del bitume ... 26

2.2 Composizione chimica ... 27

2.3 Frazionamento del bitume... 29

II

2.5 Impiego stradale... 32

2.5.1 La pavimentazione... 32

2.5.2 Caratteristiche del legante ... 34

2.6 Metodi tradizionali di caratterizzazione fisica ... 35

2.7 Bitumi modificati... 36

2.8 I bitumi modificati con SBS ... 37

2.9 Comportamento reologico dei bitumi... 41

2.10 Proprietà reologiche e analisi dinamica ... 42

2.10.1 Bitumi base... 43

2.10.2 Bitumi modificati ... 45

Capitolo 3: Determinazione del Peso Molecolare... 47

3.1 Metodi di determinazione del peso molecolare ... 47

3.2 Peso molecolare medio numerale... 47

3.2.1 Analisi dei gruppi terminali... 48

3.2.2 Proprietà colligative: metodi ebullioscopici e crioscopici... 48

3.2.3 Proprietà colligative: osmometria in pressione di vapore ... 49

3.3 Peso molecolare medio ponderale Mw ... 51

3.3.1 Light scattering ... 51

3.3.2 Ultracentrifugazione ... 52

3.4 Rapporto di polidispersione e curve di distribuzione... 52

3.5 Cromatografia ad esclusione sterica (GPC e SEC) ... 54

3.6 Spettrometria MALDI ... 55

3.7 Peso molecolare medio viscosimetrico Mv ... 57

3.8 Determinazione del Peso Molecolare degli asfalteni ... 59

3.9 Determinazione del peso molecolare da proprietà reologiche .... 61

3.9.1 Modello di Rouse per le soluzioni diluite ... 62

3.9.2 Reptation ... 64

3.9.3 Reologia e distribuzione pesi molecolari per polimeri lineari.... 65

III

Capitolo 4: Procedura sperimentale e risultati... 76

4.1 Bitume testato ... 76

4.2 Reometro... 76

4.3 Analisi dinamica... 77

4.3.1 Modalità delle prove... 77

4.3.2 Preparazione dei campioni ... 79

4.4 Standard di riferimento... 82

4.5 Master curve ... 84

4.6 Shift factor e WLF equation ... 90

4.7 Spettri di ritardo e di rilassamento ... 91

4.8 Transizione vetrosa ... 92

4.9 Transizione a liquido viscoso ... 94

4.10 Misure di viscosità... 95

4.10.1 Modalità delle prove... 95

4.10.2 Zero shear rate viscosity ... 97

4.11 Determinazione della distribuzione di pesi molecolari ... 100

Conclusioni ... 107

IV

Lista delle Figure

Figura 1-1: creep e creep recovery ... 6

Figura 1-2: creep compliance ... 7

Figura 1-3: creep multipasso ... 8

Figura 1-4: relazione fra stress, strain e strain rate... 11

Figura 1-5: stress e strain ... 11

Figura 1-6: frequenza di crossover... 12

Figura 1-7: elementi di Voigt in serie ... 15

Figura 1-8: elementi di Maxwell in parallelo... 16

Figura 1-9: costruzione della master curve ... 19

Figura 1-10: piatto e cono ... 23

Figura 1-11: geometria piatto piatto... 25

Figura 2-1: possibile struttura di molecola asfaltenica... 28

Figura 2-2: schema di frazionamento... 30

Figura 2-3: pavimentazione stradale tipo ... 32

Figura 2-4: sollecitazioni dinamiche sul manto stradale... 33

Figura 2-5: formazione di ormaie... 33

Figura 2-6: struttura SBS ... 38

Figura 2-7: unità di SBS... 38

Figura 2-8: Morfologia del bitume modificato con SBS... 41

Figura 2-9: Andamento di G'(ω) e G'' (ω) ... 43

Figura 3-1: curve di distribuzione ... 54

Figura 3-2: diagramma semplificato dell'apparecchiatura MALDI ... 55

V

Figura 3-4: Distribuzione del PM ... 57

Figura 3-5: viscosità ridotta ... 58

Figura 3-6: viscosità inerente ... 58

Figura 3-7: andamento di G' in funzione del Mc ... 63

Figura 3-8: G'(w) per un polimero lineare ... 66

Figura 4-1: ingrandimento250x (a) ... 76

Figura 4-2: ingrandimento 250x (b) ... 76

Figura 4-3: postazione di lavoro ... 77

Figura 4-4: termocoppia ... 77

Figura 4-5: andamento delle oscillazioni ... 78

Figura 4-6: sezione della barra ... 80

Figura 4-7: forma del campione ... 80

Figura 4-8: estrazione dei campioni ... 80

Figura 4-9: barra, distanziale e stampo ... 80

Figura 4-10: progettazione dello stampo... 81

Figura 4-11: campioni per geometria piatto-piatto ... 82

Figura 4-12: crossover sillyputty (scala logaritmica) ... 83

Figura 4-13: crossover (scala lineare) ... 83

Figura 4-14 : campione di bitume dopo la prova con piatti zigrinati ... 85

Figura 4-15: 1°prova ... 85

Figura 4-16: 3° prova sullo stesso campione ... 85

Figura 4-17: confronto fra le geometrie ... 86

Figura 4-18: geometria bob and cup ... 87

Figura 4-19: curve isoterme G'(ω ) ... 88

Figura 4-20: curve isoterme G''(ω )... 88

Figura 4-21: curve isofrequenziali loss tangent ... 88

Figura 4-22: master curve uncleaned ... 89

Figura 4-23:master curve cleaned ... 89

Figura 4-24: curva valida ... 90

Figura 4-25: Shift factor aT... 91

VI

Figura 4-27: G' e contributi alla sua costruzione... 92

Figura 4-28: G’' e contributi alla sua costruzione ... 92

Figura 4-29: T di transizione vetrosa ... 93

Figura 4-30: h* nel range di frequenze ritenuto valido ... 94

Figura 4-31: Loss Compliance ... 95

Figura 4-32: piatti troncoconici... 96

Figura 4-33: forma dei campioni nella geometria piatto-cono... 96

Figura 4-34: zero shear rate viscosity SBS-r 5.5% ... 97

Figura 4-35: zero-shear rate viscosity basi non modificate... 98

Figura 4-36: G* 1°caso ... 101

Figura 4-37: loss tangent 1°caso ... 101

Figura 4-38:MWD 1°caso ... 102

Figura 4-39: G* 2° caso ... 103

Figura 4-40: loss tangent 2° caso ... 103

Figura 4-41: MWD 2°caso ... 104

Figura 4-42: G* 3° caso ... 105

Figura 4-43: loss tangent 3°caso ... 105

Figura 4-44: MWD 2°caso ... 106

Lista delle Tabelle

Tabella 2-2: basi bituminose ... 40

Tabella 3-1:composti identificati tramite estrazione con acetone... 60