Asphalt rubber studio della reologia del bitume modificato con polverino di gomma di pneumatico riciclata

Abstract

La tesi di dottorato riguarda l’indagine sperimentale svolta ai fini della caratterizzazione reologica dei leganti ottenuti tramite modifica con polverino di gomma di pneumatici riciclati (CRM) secondo la cosiddetta metodologia “wet”, detti Asphalt Rubber. L’opportunità di questo studio nasce dalle sempre più pressanti esigenze legate all’ottenimento di alte prestazioni nel campo delle costruzioni stradali, le quali spingono la ricerca sui bitumi verso il superamento dell’approccio tradizionale, a favore di una caratterizzazione più specificatamente prestazionale, in sintonia con quanto sta avvenendo negli Stati Uniti. In particolare, l’interesse a sviluppare la ricerca scientifica nel campo della valutazione prestazionale dei bitumi stradali è finalizzato alla valorizzazione dell’utilizzo dei bitumi modificati rispetto ai bitumi tradizionali ed alla qualifica degli stessi bitumi in accordo con metodologie di classificazione americane definite in ambito SHRP (Strategic Highway Research Program). A tutto ciò si aggiungono le ottime caratteristiche prestazionali dimostrate dai conglomerati e leganti Asphalt Rubber, nonché gli interessi di tipo ambientale legati alla possibilità di riciclare notevoli quantità di gomma di pneumatici fuori uso. L’importanza ed il carattere di originalità della presente tesi colmano la lacuna costituita dal fatto che sinora, nonostante siano stati effettuati innumerevoli studi riguardo alle prestazioni dell'Asphalt Rubber, utilizzato sia per la produzione di conglomerati CRM che di altri materiali quali SAMI, SAM o Chip Seals, non sia ancora stato effettuato uno studio approfondito sulla propria reologia del bitume modificato con polverino di gomma di pneumatico riciclata. È stato, quindi, dapprima definito un quadro di riferimento analizzando i leganti modificati in genere, mediante un’analisi sperimentale su bitumi modificati con vari tipi di polimeri. Su tale base è stato successivamente effettuato un dettagliato studio sperimentale comparativo dei bitumi Asphalt Rubber. Per completare l‘analisi dei leganti modificati con polverino di gomma, sono stati studiati terminal blend ottenuti mediante il cosiddetto metodo texano, analizzandoli parallelamente a leganti modificati con polimeri e comparandoli con quanto risultante dall’analisi dell’Asphalt Rubber. Tale studio ha consentito di inquadrare, relativamente alle caratteristiche prestazionali di altri prodotti presenti sul mercato, i leganti modificati con polverino di gomma di pneumatici riciclati, concentrandosi principalmente su quelli ottenuti mediante metodo wet, per i quali vengono specificate in maniera sistematica e rigorosa le proprietà tecniche e prestazionali, gli utilizzi più appropriati e i limiti applicativi. A completamento del lavoro, si include una voce di capitolato tecnico in grado di costituire una guida alla formulazione, produzione in diversi tipi di impianto e controllo di qualità dei leganti Asphalt Rubber.

The present PHD Thesis presents the research developed in the last three years to the ends of the rheological characterization of Asphalt Rubber binders, produced using the wet process. This study came about as a result of the ever-growing demand for high performances in the field of road constructions, which lead investigation into asphalt study, surpassing the current traditional empiricist approach in favor of a more specific characterization, much like it has been happening in the USA. Particularly, the interest in developing this scientific investigation is aimed at driving the worth of industrial utilization of asphalt binders over traditional asphalts, and systemizing its classification, based on the American normative SHRP (Strategic Highway Research Program). Adding to all this, there is also an environmental concern linked to the possibilities of recycling a significant amount of used tires given by the Hot Modified Rubber Asphalt Mixes. The importance and originality of this Thesis culminates with the fact that although there are already many performance studies in Hot Modified Rubber Asphalt Mixes and spread applications like SAM, SAMI and Chip Seals, there wasn’t done till now a deeper study of the of the rheology of Asphalt Rubber binders. Therefore, initially a reference table was defined analyzing the rheological behaviour of general modified binder. Based on these results, a detailed study on the characteristics of the Asphalt Rubber was done afterwards. Completing the experimental analysis, Terminal Blend type formulations were also studied and analyzed in parallel with other polymers modified binders. This study also includes a comparative analysis between polymers and chemical modified binders with Asphalt Rubber. Such study, allowed to integrate, in the present European market, the Crumb Rubber Modified Binders, through its performance features, focusing mostly in those modified through the wet method, and for which are specified its possible uses and application limitations. To complete the work, an example of a notebook of technical incumbencies is included, to serve as a guide to formulation, production (in several types of systems) and quality assertion of Asphalt Rubber binders.

A presente dissertação apresenta o trabalho de investigação desenvolvido ao longo de 3 anos de doutoramento com o objectivo de caracterizar reologicamente os betumes modificados com borracha de pneus reciclada (CRM) através do método “wet”, chamados Asphalt Rubber. Este estudo nasce da exigência, sempre maior, ligada à obtenção de altas prestações no campo da construção rodoviária, as quais direccionam a investigação para o estudo dos betumes, superando a actual abordagem tradicional (empírica) a favor de uma caracterização mais específica, em sintonia com a evolução que tem vindo a acontecer nos Estados Unidos. Em particular, o interesse em desenvolver a investigação científica é dirigido à valorização da utilização industrial dos betumes modificados relativamente aos tradicionais e a sistematizar a sua classificação, tendo por base as normas americanas definidas no âmbito SHRP (Strategic Highway Research Program). A tudo isto se adiciona o interesse ambiental, ligado à possibilidade dada pelas misturas betuminosas realizadas com betume de borracha, de reciclar uma quantidade muito significativa de pneus usados. A importância e a originalidade da presente tese culmina, eliminando a lacuna que constituía o facto de que até agora, apesar de terem sido executados numerosos estudos relativamente à performance da Asphalt Rubber utilizada em misturas betuminosas ou em aplicações do tipo SAM, SAMI ou Chip Seals, não ter sido ainda efectuado um estudo aprofundado da própria reologia do betume modificado com borracha. Assim, em primeiro lugar foi definido um quadro de referência analisando o comportamento reológico dos betumes modificados em geral. Tendo por base estes resultados foi depois executado um estudo pormenorizado das características do ligante Asphalt Rubber. Para completar a análise experimental, foram também estudadas formulações do tipo Terminal Blend e analisadas paralelamente com outros betumes modificados com polímeros. O estudo inclui ainda uma análise comparativa entre os betumes modificados com polímeros, quimicamente e Asphalt Rubber. Tal estudo permitiu integrar, no presente mercado europeu, os betumes modificados com borracha, relativamente às suas características prestacionais, concentrando-se sobretudo naqueles modificados através do método wet, para os quais são especificados as possíveis utilizações e limites de aplicação. Para completar o trabalho inclui-se um exemplo de voz de caderno de encargos técnico capaz de constituir um guia à formulação, produção (em diversos tipos de sistemas) e controlo de qualidade dos betumes Asphalt Rubber.