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Il Green New Deal di Asphalt Rubber

Il bitume modificato con polverino di gomma certifica il contenuto di materiale riciclato al proprio interno ed è pronto alla sfida dei nuovi CAM stradali

sfondo asph

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/materials-technologies/asphalt-rubber-green-new-deal/

Negli ultimi anni nel mondo si è assistito a una crescente presa di coscienza dei cambiamenti climatici in corso e a politiche volte a improntare la crescita della nostra civiltà verso uno sviluppo sostenibile, che riduca sia le emissioni di CO2 e il conseguente effetto serra, sia il consumo di materie prime naturali privilegiando lo sviluppo di un’economia circolare con il riciclo di materiali a fine vita altrimenti destinati a discarica.

Il mondo delle costruzioni stradali non sfugge a questo trend e un’auspicabile e celere approvazione dei CAM relativi alle infrastrutture stradali indurrà le Stazioni Appaltanti e le Imprese del settore a un approccio volto a minimizzare il consumo di materie prime naturali, a ridurre le temperature di produzione e stesa dei conglomerati bituminosi, a contenere le emissioni in atmosfera, a privilegiare soluzioni tecniche che prevedano l’ottimizzazione delle emissioni acustiche legate al traffico veicolare e, infine, a prevedere l’ottimizzazione del riutilizzo a fine vita dei materiali utilizzati, il tutto garantendo alte prestazioni meccaniche.

Metodo Wet
1. La tecnologia Asphalt Rubber consiste nella modifica del bitume con polverino di gomma da pneumatico riciclato (PFU) Metodo Wet

La tecnologia Asphalt Rubber (http://www.asphaltrubberitalia.com/), consistente nella modifica del bitume con polverino di gomma da pneumatico riciclato (PFU) Metodo Wet, è stata precursore di queste esigenze: essa nasce negli anni Sessanta negli Stati Uniti per rispondere a una duplice esigenza:

  • tecnica: studiare una soluzione per un conglomerato bituminoso elastico ad alte prestazioni atto a resistere alle fessurazioni delle pavimentazioni stradali indotte dagli elevati gradienti termici presenti in un’ampia fascia degli Stati Uniti;
  • ambientale: trovare una soluzione ai crescenti depositi di pneumatici fuori uso che sempre più frequentemente davano origine a incendi con elevato rischio di produzione di diossina oltre che di ingenti quantità di CO2.

Il bitume Asphalt Rubber è un bitume modificato con una percentuale minima sul peso totale di 15% di polverino di gomma di pneumatico riciclata incorporata tramite processo wet, che ha reagito durante un periodo di tempo sufficientemente lungo da permettere la digestione della gomma ovvero l’assorbimento della frazione maltenica del bitume da parte dei granuli di gomma che rigonfiano formando un gel all’interno della matrice bituminosa.

fessurazioni
2. La modifica del bitume con polverino di gomma con metodo Wet

L’aggiunta del polverino di gomma modifica la struttura chimica del bitume e le caratteristiche fisico-meccaniche del bitume base:

  • penetrazione (25/55 dmm);
  • punto di rammollimento (> 60 °C);
  • ritorno elastico (> 60%);
  • viscosità (da otto/dieci volte quella di un bitume tradizionale).

Il processo wet è l’unico disciplinato con propri standard e metodi di prova dalla Normativa internazionale (ASTM 6114:97) ed è conforme anche alla Normativa UNI EN 14023.

Asphalt Rubber Italia Srl nasce nel 2006 per introdurre in Italia la tecnologia Asphalt Rubber, intraprendendo un persorso di ricerca e sviluppo con le principali università italiane, quali Università di Pisa, Politecnico delle Marche e Politecnico di Torino, volto a sviluppare la tecnologia Asphalt Rubber sia per lo sviluppo di nuove formulazioni di bitume che per la definizione di specifici mix design di conglomerato bituminoso che ottimizzassero specifiche prestazioni delle pavimentazioni stradali soprattutto alla luce del crescente interesse verso soluzioni eco-friendly delle pavimentazioni stradali.

Lo sviluppo si è articolato su quattro direttrici principali (Figura 3).

materiale riciclato
3. Le linee di sviluppo della tecnologia Asphalt Rubber per una pavimentazione eco-friendly

Il bitume modificato esclusivamente con materia prima seconda riciclata e il cui contenuto minimo e certificato ai sensi della UNI ISO 14021

Asphalt Rubber Italia Srl è l’unico produttore di bitume italiano che produce bitume modificato con un contenuto minimo di materiale riciclato post-consumer del 18,5%.

Tale risultato è il primo tassello fondamentale della politica di Asphalt Rubber Italia Srl per promuovere pavimentazioni stradali a basso impatto ambientale che soddisfino i requisiti dei futuri CAM per le infrastrutture stradali.

Il ciclo produttivo, dall’approvvigionamento della materia prima al confezionamento e ai controlli di processo, è stato certificato da Abicert Sas ai sensi della Norma UNI ISO 14021:2016 per il contenuto minimo di riciclato contenuto nei bitumi Rubbit 20 e Rubbit 20 WM.

Tale risultato è stato reso possibile attraverso un’accurata selezione della filiera degli approvvigionamenti ricorrendo a fornitori di polverino di gomma da pneumatico riciclato del Consorzio Ecopneus che garantissero i più elevati standard qualitativi e ambientali del prodotto ovvero:

  • ciclo produttivo certificato UNI ISO 9001:2015;
  • ciclo produttivo certificato UNI ISO 14001:2015;
  • certificazione EMAS;
  • certificazione di prodotto REMADE in Italy VERS 4.2016;
  • certificazione di conformità al Disciplinare Tecnico Ecopneus.
Ecopneus
4. L’equivalenza strutturale Caltrans

La riduzione del consumo di materie prime mediante riduzione dello spessore dei pacchetti stradali

I conglomerati bituminosi asphalt rubber si caratterizzano storicamente per le seguenti caratteristiche:

  • pavimentazione stradale confezionata con conglomerati bituminosiad a lto modulo complesso che consentono di avere minori deformazioni indotte all’interno della pavimentazione stradale;
  • maggiore resistenza a fatica della pavimentazione in virtù delle proprietà elastiche del legante utilizzato;
  • maggiore resistenza all’invecchiamento della pavimentazione: la modifica del bitume con il polverino di gomma interessa la frazione maltenica del legante che costituisce la frazione più volatile del bitume stesso creando un gel all’interno della matrice del bitume che ne impedisce l’ossidazione, mantenendone più a lungo le caratteristiche elastiche.

Tali caratteristiche sono state verificate negli Stati Uniti attraverso un monitoraggio decennale di oltre 100 campi prova per comparare le prestazioni dei conglomerati bituminosi tradizionali con i conglomerati bituminosi Asphalt Rubber.

Tale attività ha portato alla tabella di conversione CALTRANS (Dipartimento dei Trasporti dello Stato della California) per la riduzione degli spessori delle pavimentazioni stradali mediante l’utilizzo di conglomerati bituminosi Asphalt Rubber che è riconosciuta dal Dipartimento dei Trasporti degli Stati Uniti.

Asphalt Rubber Italia ha supportato la definizione tecnica di diversi progetti con riduzioni significative dello spessore delle pavimentazioni stradali in Italia.

Il lavoro più conosciuto per gli studi e le pubblicazioni (monografia specifica Ecopneus, anno 2017) che lo hanno interessato per il monitoraggio nel tempo delle prestazioni della pavimentazione stradale è quello della realizzazione della variante di Canali nel comune di Reggio Emilia.

Il pacchetto realizzato in luogo di quello del progetto originario è ben sintetizzato in Figura 5 sotto.

In termini ambientali, i vantaggi ottenuti con questa riduzione dello spessore sono evidenti:

  • minor consumo di materie prime (inerti di cava e bitume);
  • minori emissioni legate al trasporto delle materie prime all’impianto;
  • minori emissioni e consumi energetici per il confezionamento di una minor quantità di conglomerato bituminoso;
  • minori emissioni legate al trasporto di una minor quantità di conglomerato bituminoso al cantiere di stesa;
  • minori emissioni e consumi energetici per la stesa di una minor quantità di conglomerato bituminoso.
CAM
5. La riduzione dello spessore della sovrastruttura stradale nella Variante di Canali (RE)

Non subito evidente, ma analiticamente calcolabile, è anche la riduzione di emissione di CO2 dovuta ad un utilizzo del PFU virtuoso rispetto alla semplice riutilizzo dello stesso come combustibile per la produzione di energia.

Di difficile quantificazione ma altresì molto evidenti sono i vantaggi relativi al minor impatto del traffico veicolare legato alle operazioni di asfaltatura sulla normale viabilità.

Asphalt Rubber Italia Srl ha messo a punto uno specifico software per quantificare in modo analitico le emissioni e i consumi energetici legati al confezionamento e alla stesa delle differenti metodologie di conglomerato sì da asseverare i vantaggi ambientali della soluzione adottata.

Recenti studi condotti dal Prof. Maurizio Bocci del Politecnico delle Marche hanno altresì evidenziato che anche il fine vita di queste pavimentazioni consente un riciclo delle stesse più virtuoso rispetto ad altre pavimentazioni stradali.

Il fresato derivante dalle pavimentazioni Asphalt Rubber a fine vita risulta riciclabile nelle pavimentazioni stradali in modo più efficace ed efficiente: in virtù del minor grado di ossidazione del bitume invecchiato, le miscele di conglomerato bituminoso ottenute con una percentuale di fresato (nelle prove effettuate al 30%) proveniente da vecchie pavimentazioni Asphalt Rubber consentono di ottenere pavimentazioni meno rigide e più elastiche indipendentemente da eventuali rigeneranti utilizzati.

Lo sviluppo della tecnologia Warm-Mix

Asphalt Rubber Italia Srl ha sviluppato e validato con l’Università di Pisa una formulazione del bitume Asphalt Rubber per il confezionamento di conglomerati bituminosi a tiepido.

Tale soluzione, oltre a ridurre i consumi e le emissioni in atmosfera durante le fasi di confezionamento riducendo di circa 40 °C le temperature di uscita del conglomerato bituminoso, consente temperature di stesa comprese tra 110 e 135 °C.

  • Asfalto
    6 asph
    6. La tabella di sintesi del monitoraggio ambientale IPA su sito Progetto NEREiDE 1
  • Bitume
    7 asph
    7. La tabella di sintesi del monitoraggio esposizione professionale IPA su sito NEREiDE 1
  • Polverino di gomma
    8 asph
    8. La tabella di sintesi del monitoraggio esposizione professionale PM10 su sito NEREiDE 1

In tale range di temperature di stesa vengono di fatto ridotte drasticamente le emissioni di IPA e le emissioni odorigene del conglomerato bituminoso sono annullate.

A titolo esemplificativo, si riportano di seguito i risultati del monitoraggio ambientale effettuato durante il progetto NEREiDE:

  • il laboratorio Waste and Chemicals ha monitorato le emissioni in fase di stesa del Progetto LIFE NEREiDE (Dicembre 2017-Gennaio 2018) sul sito sperimentale individuato sulla S.R.T. 439 “Sarzanese-Valdera” nel comune di Massarosa;
  • a Dicembre 2017, in località Bozzano/Quiesa dal km 17+240 al km 17+615 in corrispondenza della messa in opera di una miscela SMA 0/12 steso alla temperatura di 180 °C;
  • a Gennaio 2018, in località Pian del Quercione dal km 12+514 al km 12+897 in corrispondenza della messa in opera di una miscela gap graded wet steso alla temperatura di 140 °C.

I risultati analitici possono essere sintetizzati nelle Figure 6, 7 e 8 sopra.

L’ottimizzazione delle prestazioni acustiche delle pavimentazioni stradali

Negli ultimi dieci anni, Asphalt Rubber Italia Srl ha effettuato in collaborazione con l’Università di Pisa diversi studi e sperimentazioni (progetto Leopoldo, progetto NEREiDE 1, progetto NEREiDE 2, campo prove sperimentale ANAS) volti all’ottimizzazione sia di pavimentazione a bassa emissione sonora sia di pavimentazioni fonoassorbenti.

Le pavimentazioni a bassa emissione acustica sono pavimentazioni stradali a tessitura ottimizzata volte a ridurre la rumorosità generata dal contatto fra pneumatico e la macrotessitura del tappeto di usura.

In particolare sono state sviluppate due tipi di miscele:

  • conglomerato bituminoso Asphalt Rubber Dense Graded a tessitura ottimizzata ideale per strade urbane caratterizzate da velocità di percorrenza fino a 50 km/ora. I rilievi effettuati nelle varie sperimentazioni hanno evidenziato un miglioramento compreso tra i 4 e i 5 dB(A) rispetto ad un tappeto tradizionale coevo;
  • conglomerato bituminoso Asphalt Rubber Gap Graded a tessitura ottimizzata ideale per strade urbane di scorrimento ed extraurbane con velocità di percorrenza fino a 80 km/ora. I rilievi effettuati nelle varie sperimentazioni hanno evidenziato un miglioramento di 5 dB(A) rispetto a un tappeto tradizionale coevo.

La Figura 9 rappresenta uno spettro di tessitura di un tappeto di usura: le frecce indicano le modifiche da apportare allo spettro per ottenere una pavimentazione a bassa emissione acustica.

Asphalt Rubber Italia
9. Lo spettro di tessitura pavimentazione a bassa emissione sonora

Lo spettro di tessitura di una pavimentazione a bassa emissione acustica

Le pavimentazioni fonoassorbenti sono pavimentazioni aperte che sfruttano i vuoti presenti nel conglomerato bituminoso per dissipare il picco pressione del filetto d’aria compresso fra lo pneumatico e la pavimentazione: il minor Δp riduce l’emissione sonora legata all’espansione del filetto d’aria a tergo dello pneumatico.

Le pavimentazioni fonoassorbenti sono ideali per velocità di percorrenza superiori a 70 km/ora e quindi per strade extraurbane a scorrimento veloce e autostrade.

In particolare sono stati sviluppati due tipi di miscele:

  • conglomerato bituminoso Asphalt Rubber Open Graded: i rilievi effettuati nelle varie sperimentazioni hanno evidenziato un miglioramento compreso tra i 4 e i 5 dB(A) rispetto a un tappeto tradizionale coevo. Tale pavimentazione per la stabilità delle caratteristiche meccaniche e delle prestazioni acustiche nel tempo è stato adottata dalla Slovenia come soluzione per le pavimentazioni drenanti e fonoassorbenti per la rete autostradale;
  • conglomerato bituminoso Asphalt Rubber drenante a tessitura ottimizzata con prestazioni acustiche migliori a un tradizionale doppio strato drenante.

Il coefficiente di fonoassorbenza per una pavimentazione di 4 cm risulta pari a quanto riportato in Figura 10.

L’abbattimento acustico atteso rispetto a un tappeto tradizionale coevo è di 6 dB(A).

Pavimentazioni

Conclusioni

I conglomerati confezionati con bitume Asphalt Rubber rappresentano una valida soluzione per la realizzazione di pavimentazioni stradali ad alte prestazioni che contemplino la piena sostenibilità ambientale delle infrastrutture realizzate perseguendo e cogliendo gli obiettivi che la green economy e i futuri CAM Strade stanno delineando come capisaldi di una crescita sostenibile.

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/materials-technologies/asphalt-rubber-green-new-deal/

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