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Risolvere i limiti dei manti in asfalto riciclato

Attraverso intense attività di ricerca e sviluppo, il settore delle sostanze chimiche continua a cercare nuove applicazioni delle sostanze a base di pino per le miscele di asfalto

È sempre stato così: maggiore è la quantità di RAP (Reclaimed Asphalt Pavement, fresato) amalgamata in una miscela di asfalto vergine, minori sono le prestazioni, ovvero più rapido è il degrado con problemi di formazione di fessure e di sensibilità all’acqua. La causa maggiore è l’effetto dell’invecchiamento sulle proprietà del legante del RAP: nel tempo diventa più duro.

Immagini

  • Il Sylvaroad RP1000 è stato utilizzato per la costruzione di strade e parcheggi intorno al nuovo Science & Technology Center di Arizona Chemicals a Savannah, Georgia, inaugurato nel 2014
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    Il Sylvaroad RP1000 è stato utilizzato per la costruzione di strade e parcheggi intorno al nuovo Science & Technology Center di Arizona Chemicals a Savannah, Georgia, inaugurato nel 2014
  • Il confronto tra materiali
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    Il confronto tra materiali
  • Lo schema relativo all’analisi della sensibilità dell’acqua
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    Lo schema relativo all’analisi della sensibilità dell’acqua
  • Accumuli di fresato (RAP) frazionato e pronto per essere utilizzato in una miscela di asfalto
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    Accumuli di fresato (RAP) frazionato e pronto per essere utilizzato in una miscela di asfalto
  • Un recente esempio di pavimentazione contenente il 75% di RAP, con l’uso dell’additivo Sylvaroad RP1000
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    Un recente esempio di pavimentazione contenente il 75% di RAP, con l’uso dell’additivo Sylvaroad RP1000

Un legante più rigido può essere un vantaggio poiché una strada è meno soggetta alla deformazione permanente, ma alla fine il manto stradale più rigido diventa friabile e ciò aumenta la probabilità della formazione di fessure.

L’unica soluzione per utilizzare più RAP nelle strade era l’utilizzo di un legante di asfalto più morbido con cui diluire il legante invecchiato oppure l’utilizzo di un additivo per ridurre l’elevata viscosità del legante del RAP.

Molti additivi simili non riescono a ripristinare le proprietà del legante invecchiato, in una miscela a elevato contenuto di RAP, a un livello simile a quello di un legante vergine. Perciò, la percentuale media di RAP nelle miscele di asfalto si aggira tradizionalmente intorno al 20-30%.

Tutto inizia nella foresta…

Per trovare una vera soluzione al problema, è stato necessario andare oltre i tradizionali additivi dei leganti a base di petrolio.

Osservate il pino: durante il corso della storia dell’uomo, poche risorse naturali si sono dimostrate più utili. Tutto è iniziato con l’uso della legna da ardere per riscaldare e per produrre energia.

Tuttavia, le sostanze raccolte dall’interno dell’albero si sono dimostrate altrettanto utili. Durante i primi anni della navigazione, la linfa del pino veniva utilizzata per sigillare gli scafi delle navi e la resina terpenica dei pini è stata utilizzata nei solventi e nei farmaci per centinaia di anni.

Oggi le sostanze chimiche del pino derivate dal tallolo grezzo (CTO) e dalla trementina al solfato (CST), due co-prodotti dell’industria della polpa e della carta, sono utilizzate in vari prodotti: inchiostri, adesivi, vernici, gomma per pneumatici, rivestimenti, intermedi delle vitamine, fragranze e profumi, aromi e molti additivi alimentari.

Attraverso intense attività di ricerca e sviluppo, il settore delle sostanze chimiche continua a cercare nuove applicazioni per le sostanze a base di pino.

Un esempio: il beta-sitosterolo, un additivo alimentare che riduce il colesterolo e che è sviluppato a partire dagli steroli della pianta. Un esempio attuale si trova nella costruzione delle strade. Per cercare di risolvere i problemi di prestazioni legati all’uso di elevate quantità di asfalto riciclato (RAP) nelle miscele di asfalto, Arizona Chemical, un’Azienda leader nel settore della bio-raffinazione delle sostanze chimiche del pino, si è rivolta a questa pianta per trovare una soluzione.

Superare le difficoltà legate alle prestazioni

Arizona Chemical, con sede ad Almere nei Paesi Bassi, fornisce ingredienti per adesivi, pneumatici e intermedi chimici. Nel mondo delle strade e delle costruzioni, l’Azienda produce sostanze chimiche rinnovabili utilizzate nei prodotti per la costruzione di strade in Europa e negli Stati Uniti.

L’Azienda è ricorsa a questo contesto per sviluppare appositamente un additivo performante a base di pino che potesse migliorare la flessibilità e ridurre la rigidità dei leganti invecchiati, oltre a restituire al manto stradale la resistenza alla formazione di fessure e mantenerne la resistenza all’ormaiamento. 

Sperimentando e sviluppando diverse molecole basate sulla chimica del pino, gli scienziati di Arizona Chemical hanno visto che le sue proprietà funzionavano bene, molto bene, se miscelate al bitume dell’asfalto invecchiato.

Un insieme di test eseguiti internamente e da terze parti rispetto a un additivo a base di petrolio ha dimostrato che l’utilizzo del prodotto finito, Sylvaroad™RP 1000 Performance Additive, nelle miscele di asfalto porta a:

  • maggiore “ammorbidimento” del legante del RAP;
  • migliore resistenza alla formazione di fessure a bassa temperatura;
  • migliore resistenza a fatica;
  • buone prestazioni ad alte temperature e miscibilità compatibile.

Se aggiunto alle miscele contenenti RAP in percentuali non utilizzate normalmente ( 50% e 75%), il prodotto riporta il conglomerato bituminoso alla qualità della miscela vergine.

Perché il prodotto funziona così bene?

La frazione chimica dell’asfalto classificata come “maltene” disperde la frazione “asfaltene” aggiungendo mobilità e riducendo la viscosità del legante vergine; ma questo cambia nel tempo a causa della perdita di sostanze volatili e dell’ossidazione. Alcuni additivi possono sostituire i malteni persi mediante evaporazione, ma non possono correggere i danni causati dalla conversione chimica.

I test sulle prestazioni confermano questa ipotesi. È stato condotto uno studio che ha misurato l’efficacia dell’additivo di Arizona Chemical nel riportare le proprietà del RAP a un livello simile a una miscela di controllo contenente una percentuale di RAP pari a zero.

Sono stati eseguiti alcuni test per stabilire l’affinità tra l’aggregato e il legante sugli aggregati di granito, un bitume vergine al 50/70 rispetto a un legante invecchiato trattato con l’additivo Sylvaroad™ RP1000 al 5%. L’effetto positivo in termini di affinità dell’additivo sul legante del RAP trattato è chiaro se si confronta con il legante vergine, anche in presenza di aggregati sensibili all’acqua come il granito.

Nello stesso studio, un’analisi della sensibilità dell’acqua confronta la resistenza alla trazione in condizioni di asciutto (a sinistra), la resistenza alla trazione in condizioni di bagnato (a destra) e il rapporto indiretto di resistenza alla trazione (al centro). La miscela di riferimento con RAP al 75% e nessun additivo mostrava una maggiore resistenza alla trazione dovuta al legante più rigidonella miscela. Tuttavia, il rapporto della resistenza alla trazione al 62% mostra una notevole perdita di resistenza dovuta all’umidità. La miscela con il RAP al 75% e l’additivo aumenta la sensibilità all’acqua della miscela di riferimento a un livello simile a quello della miscela di controllo. Rispetto al riferimento, l’uso dell’additivo ha ripristinato le proprietà della miscela.

Un impatto ambientale ridotto

Mettendo da parte le prestazioni della strade, la costruzione e la manutenzione delle stesse sono correlate a un notevole impatto ambientale. Le pietre, la sabbia e gli altri aggregati devono essere estratti, frantumati, setacciati e trasportati negli stabilimenti di miscelazione dell’asfalto. Il legante dell’asfalto vergine è prodotto tramite il frazionamento e la distillazione del petrolio.

In seguito, durante la manutenzione e la ricostruzione, il RAP è generato in fase di fresatura o di rimozione degli strati di manto stradale esistenti. In passato, il RAP era trasportato nelle discariche, utilizzato come aggregato sostitutivo nelle corsie d’emergenza o riciclato in piccole percentuali nelle nuove miscele di asfalto.