Come definito nella norma UNI EN 12597 “Bitumen and bituminous binders”, il bitume è un “materiale virtualmente non volatile, adesivo e impermeabile derivato dal petrolio greggio oppure presente nell’asfalto nativo; completamente o quasi completamente solubile in toluene, molto viscoso o quasi solido a temperatura ambiente”.
Come si ottiene il bitume?
Il bitume deriva dai processi di raffinazione del petrolio grezzo. Il processo di produzione più comune è quello della distillazione frazionata mediante il quale si ottiene il frazionamento del grezzo sfruttando le differenze esistenti fra le temperature di ebollizione dei suoi vari componenti.
Esso rappresenta la componente legante dei conglomerati bituminosi, responsabile di tenere insieme le particelle di aggregato garantendo consistenza e coesione sotto carico. Pur rappresentando la componente nettamente minoritaria del conglomerato (circa il 5% in peso rispetto agli aggregati), le sue caratteristiche influenzano in maniera altrettanto importante quanto quelle dell’aggregato quanto le proprietà finali della miscela in conglomerato.
Il bitume e il suo utilizzo
La scelta di impiegare bitume per il confezionamento dei conglomerati scaturisce primariamente dalla necessità di conferire alle miscele, caratteristiche di adesione (legame tra bitume e aggregati), coesione (adesione tra le particelle di bitume, caratteristica intrinseca del legante) e impermeabilizzazione. Inoltre, si può sfruttare la termo-dipendenza del materiale. Le proprietà del bitume variano infatti al variare della temperatura cui risulta sottoposto. Ciò permette di ottenere un materiale semiliquido (quindi facilmente lavorabile) alle temperature di miscelazione e compattazione, e semi-solido (quindi compatto e resistente) alle temperature di esercizio. Occorre però considerare che la termo-dipendenza permane anche all’interno del range delle temperature di esercizio, aspetto che può determinare un diverso comportamento dello stesso materiale quando sottoposto a condizioni climatiche differenti.
Contemporaneamente, il bitume è anche un materiale viscoso, caratteristica che lo rende tempo-dipendente, cioè il suo comportamento risente della frequenza con cui viene caricato (i.e. le proprietà variano al variare della velocità con cui transitano i veicoli sulla pavimentazione in esame).
Occorre pertanto prestare particolare attenzione alla scelta del legante più idoneo a seconda delle condizioni di carico e ambientali cui la pavimentazione sarà soggetta nell’arco della propria vita utile.
Le proprietà meccaniche e fisiche del bitume: malteni e asfalteni
Le proprietà meccaniche e fisiche del bitume sono strettamente legate alla sua composizione chimica, fisica e strutturale. Dal punto di vista chimico-fisico, il bitume può essere rappresentato come un sistema multifase che comprende una componente oleosa (saturi e aromatici) all’interno della quale sono disperse sostanze insolubili dette asfalteni. L’insieme di saturi, aromatici e resine viene definita “malteni”.
Ciascuna componente svolge una specifica funzione: gli asfalteni sono strutture complesse che determinano il comportamento del bitume al variare della temperatura (viscoso, elastico, plastico) e la resistenza alle sollecitazioni meccaniche. I saturi e aromatici sono sostanze chimiche che costituiscono il componente più fluido del bitume ed influiscono sul suo comportamento ad elevate temperature conferendogli la capacità di ricoprire estese superfici di altro materiale. Le resine sono composti solubili, viscosi a temperatura ambiente e con notevoli proprietà adesive. Svolgono un’azione disperdente degli asfalteni, conferendo flessibilità e duttilità al bitume quando sottoposto a sollecitazioni. Il comportamento reologico del bitume dipende dallo stato di aggregazione delle miscelle e dunque dal rapporto tra asfalteni, malteni e resine. In tal senso, occorre considerare che la proporzione tra i costituenti del bitume non rimane costante nel tempo, ma tende a variare a seguito dell’interazione chimica tra il bitume e l’ossigeno. Nel tempo il bitume tende infatti a “invecchiare”. Si parla di invecchiamento a breve e lungo termine. Quello a breve termine è legato all’esposizione del legante ad elevatissime temperature durante le fasi di miscelazione e posa in opera (superiori a 130°C). Quello a lungo termine si manifesta invece in sito durante tutto l’arco della vita utile della pavimentazione ed è fondamentalmente determinato dall’esposizione del materiale agli agenti atmosferici (e.g. irraggiamento solare, acqua, vento). In ambo i casi, il bitume subisce fenomeni di ossidazione che comportano la perdita delle componenti volatili più leggere (malteni). Conseguentemente, il legante risulta progressivamente più ricco di asfalteni (la componente più dura e consistente) e tende quindi a diventare più rigido, ma anche potenzialmente più fragile e maggior- mente esposto al fenomeno della fessurazione.
Questa peculiarità risulta particolarmente rilevante nell’ottica del recupero del materiale fresato derivante dalla demolizione di vecchie pavimentazioni per il confezionamento di nuovo conglomerato tramite tecnica di riciclaggio a caldo. Esponendo il materiale fresato ad alta temperatura durante la miscelazione con gli aggregati vergini e il bitume di aggiunta, parte del legante che lo ricopre tende a “riattivarsi” e si miscela con il bitume vergine. Il bitume riattivato proveniente da fresato è però un bitume che ha subito tutti i processi di invecchiamento e presenta pertanto caratteristiche alterate rispetto a quelle possedute inizialmente. Conseguentemente, la miscela finale riciclata di bitume vergine e bitume invecchiato avrà caratteristiche intermedie e tenderà ad essere più rigida e fragile di un’equivalente miscela composta unicamente da materiale vergine. Per bilanciare l’irrigidimento apportato dal bitume riattivato del fresato, oltre all’impiego di specifici additivi “rigeneranti” che mirano a ripristinare le caratteristiche del bitume “invecchiato”, occorre tarare opportunamente la scelta del bitume vergine di aggiunta: esso dovrà essere più “soffice” per compensare almeno parzialmente l’effetto irrigidente del bitume riattivato. La scelta è anche funzione della quantità di materiale fresato che si intende inglobare nella miscela.
Nel prossimo articolo scopriremo quali prove e controlli effettuare per ottenere la marcatura CE dei bitumi stradali e delle emulsioni bituminose.
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