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B2Last, migliorare la chimica del bitume con un nuovo additivo per asfalto a miscela calda

L’additivo B2Last® per la produzione di asfalto a caldo dalle prestazioni dell’asfalto simili a quelle di una pavimentazione in asfalto modificato con SBS

Additivi a miscela calda B2Last

B2Last ® di BASF, un additivo reattivo a bassa viscosità per asfalto liquido, è stato presentato alla Conferenza Petersen Asphalt Research (PARC) del 2020.

È il frutto di una tecnologia di modifica su base chimica reattiva, che combina il bitume a livello molecolare al fine di migliorare le caratteristiche funzionali dell’asfalto tradizionale.

B2Last è compatibile con quasi tutti i tipi di bitume ed è quindi perfettamente indicato per la costruzione di nuovi manti stradali e per le iniziative di conservazione delle pavimentazioni esistenti ed è stato concepito per aumentare l’intervallo utile di temperatura (UTI) del bitume, mantenere i livelli di viscosità che ne consentono la lavorabilità e ridurre il distacco degli aggregati, ottenendo una pavimentazione più duratura.

“È possibile adattare su misura i livelli di miglioramento delle prestazioni funzionali o realizzarli “su richiesta” per soddisfare o andare oltre i requisiti per le pavimentazioni flessibili” – ha dichiarato Bernie Malonson, Marketing Manager di B2Last, Azienda BASF Monomers in Nord America.

Materiale mescolato di continuo
1. Il materiale è stato mescolato di continuo a 176 °C fino al momento della spedizione per una reazione completa nel legante. Per verificare il completamento della reazione è stato utilizzato un dispositivo portatile FT-IR in loco, effettuando letture ogni ora

“Trattandosi di un liquido, B2Last non richiede la macinazione o la fusione di solidi, utilizza meno energia per produrre pavimentazioni in asfalto modificato e soddisfa le specifiche dell’American Association of State and Highway Transportation Officials (AASHTO)”.

Laddove gli Stati possono differire in termini di materiali autorizzati, B2Last è in grado di soddisfare le specifiche del grado prestazionale del bitume (PG) M320 e M332 dell’Ente AASHTO.

I Produttori di asfalto modificato hanno riscontrato che, in molti casi, possono utilizzare un quantitativo ridotto di B2Last, semplificando le loro formulazioni. La stessa osservazione è stata fatta in Europa, dove B2Last è stato impiegato in diversi progetti di asfaltatura in Germania, Svizzera ma anche in Ucraina, Russia e nei Paesi Baltici.

Nonostante l’esito positivo delle attività di pavimentazione su scala globale, BASF si è associata con il National Center for Asphalt Technology (NCAT) di Auburn per realizzare uno studio di fase I nell’ambito dell’attuale programma BASF di valutazione del processo B2Last.

La fase di rullatura
2. Il team di Ricercatori NCAT ha riscontrato che, per conseguire lo stesso livello di densità, non è stato necessario apportare modifiche allo schema di rullatura per la miscela prodotta con il legante modificato con B2Last rispetto a una miscela prodotta con un legante modificato con SBS

La chimica e il modello di studio

B2Last è stato creato per migliorare l’adesione della miscela di asfalto mediante reticolazione degli asfalteni leganti liquidi. La modifica B2Last, se gestita con gli opportuni controlli dell’ambiente, non rende necessario l’uso di particolari dispositivi di protezione individuale (DPI).

Gli studi di pavimentazione di fase I di NCAT di solito durano da sei a 12 mesi e comprendono un programma di test di laboratorio per verificare le proprietà meccaniche e di rendimento dei leganti e delle miscele di asfalto.

Ha partecipato alla sperimentazione in loco il team di ricerca di NCAT diretto dal Dott. Nam Tran, Vicedirettore di NCAT, con supervisione delle operazioni di pavimentazione del Dott. Buzz Powell, Direttore Associato di NCAT, e supporto addizionale di Jason Nelson, Responsabile del tracciato di prova, e Adam Taylor, Assistente Ingegnere di Ricerca. L’obiettivo primario di questo studio di fase I era la valutazione della costruibilità su campo di una miscela di asfalto modificata con B2Last.

Lo studio ha fornito informazioni utili per un’analisi strutturale della pavimentazione, finalizzata a pianificare e progettare un esperimento su vasta scala sul circuito di collaudo Pavement Test Track nel 2021, per valutare appieno il modificatore B2Last.

È stato utilizzato un legante di base del PG64-22 per soddisfare il grado richiesto dall’ALDOT. Il legante è stato modificato con una concentrazione del 2% di B2Last, per arrivare a un livello accettabile di PG76-22.

La miscela prodotta con il legante B2Last
3. La miscela prodotta con il legante B2Last è stata rimescolata sul sito di pavimentazione utilizzando una navetta di trasporto modello Shuttle Buggy Roadtec Inc., Chattanooga, prima di riversarla nella pavimentatrice per costruire la sezione di prova

Il processo per modificare il legante è stato ottenuto iniettando B2Last con una pompa a diaframma di 5 cm attraverso una porta di iniezione in 50 t di legante d’asfalto, per garantire che il legante raggiungesse un livello adeguato di miscelazione e agitazione nel serbatoio di modifica. Dopo aver iniettato il B2Last, sono state effettuate letture orarie intorno all’area di lavoro per verificare la presenza di eventuali gas di scarico. Il materiale è stato mescolato di continuo a 176 °C fino al momento della spedizione per una reazione completa nel legante.

Per verificare il completamento della reazione, sono state effettuate letture orarie con uno spettrometro ad infrarosso a trasformata di Fourier (FT-IR) in loco. 

Panoramica della pavimentazione NCAT

Lo studio della fase I è stato realizzato tramite la fresatura dello strato superficiale (circa 5 cm di spessore) di una sezione di 30 m con supporto omogeneo della base sulla rampa di uscita e il successivo rivestimento della sezione con una miscela modificata con B2Last.

Il legante modificato con B2Last è stato trasportato per oltre 321 km da un impianto di produzione nel Sud dell’Alabama all’impianto di asfaltatura della East Alabama Paving ad Auburn, sempre in Alabama. All’arrivo, sono trascorse molte ore prima di poter produrre il conglomerato bituminoso richiesto per la pavimentazione.

“Sebbene il serbatoio di trasporto si fosse sensibilmente raffreddato, il legante modificato con B2Last è stato pompato perfettamente dal serbatoio al sistema di circolazione dell’asfalto liquido dell’impianto di miscelazione e utilizzato per produrre il conglomerato bituminoso in tempo reale senza dover essere immagazzinato e riscaldato in un serbatoio di stoccaggio permanente” – ha aggiunto Powell.

Un’area di sosta sulla A96 in Germania
4. Un’area di sosta sulla A96 (Germania, Giugno 2019): il composto bituminoso B2Last® è stato fornito per uno strato di legante di 300 t con il 50% di RAP (pavimentazione in asfalto riciclato). A scopo di confronto diretto, accanto al tratto di strada con 4. B2Last® si è posata una pavimentazione in asfalto PmB

“Durante il pompaggio del legante modificato B2Last dal serbatoio cisterna per la produzione dell’asfaltatura, non sono state notate differenze significative rispetto alla produzione di miscele convenzionali con legante riscaldato da un serbatoio di stoccaggio permanente”.

L’asfalto miscelato a caldo prodotto con il legante B2Last modificato è stato trasportato in un camion standard a cassone ribaltabile a tre assi senza problemi di carico, trasporto o scarico della miscela di asfalto modificata. I risultati dei test di controllo della qualità della miscela prodotta con il legante modificato hanno soddisfatto i requisiti dei Ricercatori per una miscela di asfalto prodotta con un legante modificato con SBS utilizzando le stesse impostazioni dell’impianto.

“Non è stato riscontrato da parte dei Ricercatori o segnalato dall’Appaltatore alcun problema nel trasferimento di materiale” – ha dichiarato Powell.

La miscela prodotta con il legante B2Last è stata rimescolata sul sito di pavimentazione utilizzando una navetta di trasporto modello Shuttle Buggy, prima di riversarla nella pavimentatrice per costruire la sezione di prova. Dietro il massetto si è osservato che il conglomerato prodotto con il legante modificato non mostrava caratteristiche insolite rispetto al conglomerato prodotto con legante modificato con SBS (ad esempio, assenza di “ragnatele”, stringhe, macchie, ecc.).

“La leggera differenza di densità – ha precisato Powell – probabilmente non è significativa dal punto di vista statistico”.

Il team di Ricercatori NCAT ha riscontrato che, per conseguire lo stesso livello di densità, non è stato necessario apportare modifiche allo schema di rullatura per la miscela prodotta con il legante modificato con B2Last rispetto a una miscela prodotta con un legante modificato con SBS. La densità della sezione con B2Last era del 95,3%, un valore paragonabile alla densità tipica di una miscela SBS.

La squadra di asfaltatori è stata consultata durante la pavimentazione e ha comunicato che la miscela prodotta con il legante modificato con B2Last era simile a quella prodotta con un legante modificato con SBS.

Sulla B270 Waldfischbach in Germania
5. Sulla B270 (Waldfischbach, in Germania, nell’Agosto 2020), sono state prodotte 4.000 t di WMA per gli strati di legante (50% di RAP) e di superficie (30% di RAP) a una temperatura inferiore con B2Last (155 °C) e la posa è stata effettuata in un intervallo di temperatura da 120 a 135 °C

“La risonanza da parte delle Imprese di costruzione e dei loro addetti alla pavimentazione è stata straordinariamente positiva” – ha dichiarato Malonson. “Durante i lavori di pavimentazione, sia negli Stati Uniti che in Europa, le squadre di asfaltatori hanno riferito che c’è molto meno odore di “asfalto”, perché B2Last riduce i composti organici volatili (COV).

Gli addetti alla pavimentazione hanno inoltre sottolineato che i conglomerati B2Last presentano molta meno stratificazione e necessità di un agente distaccante rispetto ai polimeri tradizionali. Infine, le asfaltature modificate con B2Last hanno una migliore compattazione rispetto agli asfalti standard modificati con polimeri”.

Il monitoraggio della performance operativa

A supporto del programma di monitoraggio delle prestazioni operative in corso, l’analisi strutturale della pavimentazione della sezione realizzata con la B2Last viene svolta in funzione del traffico di autocarri in uscita dal circuito di prova. Secondo le stime, il traffico ammonta a 13.500 singoli assi equivalenti (ESAL) al mese.

I dati sulle prestazioni della superficie sono stati rilevati quattro volte in differenti stagioni nel 2020 e 2021. I dati raccolti servono a valutare le prestazioni sul campo e la rigidità strutturale delle sezioni di pavimentazione, per determinare in che modo vengono condizionate da varie situazioni di carico e di temperatura.

“Il primo compito consiste nel determinare la proprietà meccanicistica ovvero il modulo dinamico o E* e la resistenza alla fatica ciclica delle miscele” – ha commentato Tran. “Questi dati sono necessari per la pianificazione e l’analisi strutturale della pavimentazione”.

I conglomerati prodotti dall’impianto e i campioni prelevati in loco saranno testati nel quadro della valutazione in due tempi della fase I. I test vengono realizzati ai sensi delle Norme AASHTO T 378-17 e TP 133-19 su campioni di piccole dimensioni preparati da miscele provenienti dall’impianto e dal cantiere. I risultati vengono utilizzati per definire curve master complete e curve caratteristiche di danneggiamento della miscela modificata con B2Last.

Sul raccordo autostradale A99 Monaco di Baviera B2Last
6. Sul raccordo autostradale A99 (Monaco di Baviera, in Germania, nell’Ottobre 2020), sono state prodotte 2.250 t di WMA per lo strato legante con il 50% di RAP. La pavimentazione è stata concepita per sostenere veicoli pesanti su questo tratto di strada. I Committenti richiedevano inoltre la riapertura tempestiva al traffico, resa possibile grazie all’uso della miscela di asfalto a caldo

In un secondo tempo, le successive caratteristiche prestazionali della miscela prodotta dall’impianto vengono rilevate per valutare la performance della miscela: la resistenza alla formazione di solchi è determinata usando HWTT (AASHTO T324-17) e la resistenza alla fessurazione è determinata usando IDEALCT (ASTM D8225-19).

“Dal 19 Agosto 2020, sono stati applicati circa 40.000 ESAL alla fresatura/allo strato di 5 cm (su 7,5 cm) di miscela sottostante, per uno spessore totale di 12,5 cm utilizzando la miscela prodotta con il legante modificato B2Last” – ha precisato Powell. “Non si è riscontrata alcuna formazione di solchi o fessure”. Il primo gruppo di dati ha dato risultati positivi.

Il B2Last in condizioni estreme

In una nuova serie di test con inizio a Settembre 2021, BASF sperimenta la pavimentazione in asfalto con B2Last in condizioni estreme. L’Azienda ha recentemente asfaltato una nuova sezione di prova di bitume modificato presso il National Centre for Asphalt Technology’s (NCAT) Test Track di Opelika, in Alabama.

Il materiale è stato applicato nel quadro del ciclo di prova della fase VIII sul circuito di prova nel Settembre 2021 e il team del circuito NCAT farà circolare cicli di autocarri per due o tre anni per la raccolta di dati.

La sezione di prova di BASF è stata asfaltata a completamento delle sezioni di prova del NCAT Additives Experiment Group. Nelle sezioni di prova vengono incorporati dei misuratori nella pavimentazione e piastre di carico alla base e sul fondo del manto stradale. I misuratori effettueranno le letture nel corso dei prossimi tre anni.

Un impianto BASF sulla Salpeterstraße a Ludwigshafen B2Last
7. Un impianto BASF sulla Salpeterstraße (Ludwigshafen, in Germania, nel Novembre 2021): il WMA con modifica B2Last® è stato prodotto per tutti gli strati, compresi quelli di base, in modo da estendere la durata dell’intera pavimentazione

Gli impieghi in Europa

In Europa B2Last® è stato impiegato in numerosi progetti come additivo per la produzione di asfalto a caldo, consentendo prestazioni dell’asfalto simili a quelle di una pavimentazione in asfalto modificato con SBS.

Il team europeo diretto dallo scrivente vanta una lunga esperienza acquisita con test in Germania, Ucraina, Lituania e Russia: “Siamo stati sollecitati da diverse Agenzie a valutare la validità di questa tecnologia e BASF ha deciso di documentare le prestazioni di B2Last. Desideriamo aiutare i Clienti a costruire strade migliori, in modo più economico e sostenibile”.

BASF sta lanciando B2Last® in altre regioni d’Europa, tra cui Spagna, Portogallo, Irlanda, Polonia, Repubblica Ceca, Grecia, Turchia e Italia. 

Conclusioni

“B2Last apporta un nuovo tipo di scienza da una prospettiva tecnica” – ha affermato Phillip Blankenship, Ingegnere Civile e Titolare dell’Azienda Blankenship Asphalt Tech and Training PLLC. “Siamo abituati a lavorare con prodotti miscelati.

B2Last è completamente reattivo, ovvero si integra completamente nell’asfalto. Non è un sistema a due componenti, da mescolare continuamente. Non appena gli Appaltatori inseriscono l’asfalto modificato con B2Last nel loro serbatoio, il lavoro è come di consueto”.

Per tutte le foto, photo credit: BASF

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