Il fenomeno dell’adesione bitume-aggregati
L’adesione dei leganti bituminosi coinvolge proprietà fisiche di differente origine. Infatti, l’adesione bitume-aggregati è influenzata dalle caratteristiche sia del bitume (materiale idrofobo) sia dell’aggregato utilizzato nella miscela (materiale tendenzialmente idrofilo), nonché dalle condizioni ambientali (umidità e temperatura), dalle caratteristiche superficiali della pavimentazione (rugosità, porosità e rivestimento) e dal traffico a cui è soggetta. In realtà, dal punto di vista generale, l’adesione può essere definita come la forza molecolare di attrazione che si manifesta tra due corpi di diversa natura a contatto tra loro. Nel contesto dei conglomerati bituminosi il contatto è di tipo liquido (bitume) e solido (aggregati). La mescolazione di aggregati con del bitume comporta il rivestimento degli elementi lapidei da parte del bitume, cioè gli aggregati sono “bagnati” dal legante. Infatti, il legante bituminoso ha la funzione di creare una pellicola superficiale attorno all’aggregato, al fine di ottenere una superficie idrofoba, ovvero impermeabile alle particelle d’acqua. Le principali teorie di adesione sviluppate nel corso degli anni sono state:
- teoria dell’adesione chimica: cariche di ugual segno si respingono, pertanto gli aggregati hanno problemi di compatibilità con il bitume (acido) all’aumentare della loro carica negativa;
- teoria dell’orientamento molecolare: il contatto tra legante e aggregati è condizionato dall’orientamento delle molecole del bitume che si dispongono per soddisfare la richiesta di energia da parte degli aggregati, condizionando la resistenza dell’adesione;
- teoria meccanica: l’adesione è condizionata dalla tessitura superficiale, dalla tipologia di ricoprimento, dalla dimensione dell’area di ricoprimento e della dimensione degli elementi lapidei;
- teoria dell’energia superficiale: la bagnabilità e il ricoprimento degli aggregati dipende dalla tensione superficiale tra legante-legante e legante-aggregati, così come incide la viscosità del bitume che limita, ad esempio rispetto all’acqua, il ricoprimento degli aggregati.
È evidente che la relazione dipende più o meno da ognuna delle precedenti teorie, ognuna delle quali ha contribuito in qualche modo a spiegare la motivazione per cui si ha la perdita di adesione bitume-aggregato e il relativo decadimento prestazionale della pavimentazione. Con riferimento alla Teoria dell’energia superficiale, le resistenze ultime che si identificano prima dei fenomeni di frattura interni al film di legante (coesione) sono localizzate tra interfaccia legante-aggregato (adesione). Pertanto, adesione e coesione hanno un ruolo fondamentale nella determinazione delle caratteristiche di durabilità delle pavimentazioni stradali flessibili. Lo stripping si realizza quando il legante presenta una coesione interna maggiore dell’adesione con l’aggregato, comportando il distaccamento della pellicola bituminosa dell’elemento lapideo.
Invece, considerando la teoria dell’adesione chimica, hanno fondamentale importanza le interazioni molecolari nella frazione maltenica del bitume che dipende da:
- la variazione chimica del bitume dovuta all’ossidazione, all’esposizione alle radiazioni solari e contatto con cloruri disgelanti;
- le reazioni chimiche tra i composti acidi del bitume (cariche negative) e quelli degli aggregati (i calcarei possono liberare ioni di carica positiva, quelli silicei di carica negativa);
- la presenza di umidità contenuta negli aggregati anche dopo riscaldamento dopo la fase produttiva dei conglomerati bituminosi.
Quello che praticamente conta in realtà, indipendentemente dalle leggi chimico-fisiche che governano il fenomeno, ogni qualvolta che si ha la separazione dello strato di bitume dalla superficie lapidea, si ha l’interposizione dell’acqua e si ha la diretta diminuzione delle prestazioni del conglomerato bituminoso. I vari studi hanno sempre dimostrato come l’impermeabilizzazione della pavimentazione all’acqua sia la migliore soluzione e che tale situazione è garantita attraverso sia il corretto mix design delle miscele di laboratorio sia attraverso l’utilizzo dei necessari attivanti di adesione.