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Sigillanti stradali a elevate performance e durabilità

La linea Polystrada di Polyglass: tre differenti prodotti per la manutenzione stradale e la produzione di giunti viscoelastici dalle elevate caratteristiche prestazionali

Sigillanti stradali Mapei

Sigillanti stradali

La divisione Ricerca e Sviluppo di Polyglass si è avvalsa di approfondite indagini reologiche per formulare prodotti di alta qualità per il mercato stradale. Come ulteriore supporto ai positivi risultati ottenuti sulle prestazioni meccaniche, le prove condotte su campioni sottoposti a processi di invecchiamento accelerato sono risultate di fondamentale importanza.

Una buona soluzione può essere ritenuta tale solo se le performance del prodotto e la sua lavorabilità risultano garantite nel tempo.

Durante il suo utilizzo, una superficie stradale è costantemente soggetta a sollecitazioni di varia natura. Il traffico e i fenomeni atmosferici, ad esempio, contribuiscono in modo preponderante all’ammaloramento della sovrastruttura stradale dando origine a difetti localizzati e diffusi.

Degrado stradale
1. Un esempio di degrado stradale

Il degrado strutturale delle pavimentazioni stradali ha un impatto sostanziale sulla sicurezza del traffico, riduce il comfort di guida e aumenta i rischi di incidenti. Il segno più comune ed evidente dell’ammaloramento strutturale delle pavimentazioni è la fessurazione superficiale.

Quando appare la prima fessura, si apre una via preferenziale alle infiltrazioni delle acque meteoriche verso gli strati più profondi, accelerando il degrado della sovrastruttura. La vita utile della pavimentazione dipende fortemente dalla manutenzione, e una delle prime e più efficaci azioni è la sigillatura delle fessure.

È noto che questa pratica, se eseguita correttamente, può aumentare la vita utile della pavimentazione da quattro a sette anni rallentando i fenomeni di degrado superficiali ed evitando la ricostruzione dell’intero pacchetto.

La mancata sigillatura delle fessure ha come conseguenza l’aumento dei costi di manutenzione e nello specifico, aumento dei costi per l’utente (manutenzione ordinaria e straordinaria del veicolo) e aumento dei costi di riabilitazione del manto stradale a fronte di una drastica diminuzione della sua vita utile.

Un esempio di sigillatura
2. Un esempio di sigillatura

La sigillatura e riempimento delle fessure sono eseguiti con prodotti a base di bitume modificato con opportuni polimeri che possono essere direttamente colati all’interno delle fessure superficiali dopo fusione ad alta temperatura.

Durante il periodo di esercizio, il materiale deve rimanere elastico al fine di assorbire le sollecitazioni dovute al normale movimento della pavimentazione, ma al tempo stesso abbastanza resistente per poter sopportare le sollecitazioni del traffico.

I sigillanti spesso perdono di integrità prematuramente, a causa di un’installazione inappropriata o a causa di una formulazione inadeguata del materiale. Quest’ultima non è facile da sviluppare, dal momento in cui i test di laboratorio non sempre sono in grado di riprodurre le reali condizioni di servizio e perché non tengono conto delle prestazioni a lungo termine del materiale.

Per tale motivo, il percorso intrapreso da Polyglass e Mapei ha previsto uno studio approfondito che prevede l’invecchiamento dei prodotti e la valutazione delle loro proprietà reologiche, strumento utile per una corretta formulazione.

Un campione prismatico
3. Un campione prismatico intagliato con (sopra) e senza (sotto) sigillante

Questo approccio ha permesso di concepire prodotti superiori rispetto a quelli presenti normalmente sul mercato in termini di lavorabilità e performance finali. Il Polystrada Sealant, destinato alla sigillatura delle fessure presenti sul manto stradale, nasce proprio da questo percorso di ricerca e sviluppo di alto livello intrapreso da Polyglass e Mapei.

Polystrada Sealant: il sigillante dalle performance superiori

L’approccio formulativo mediante indagine reologica ha permesso di produrre un sigillante dalle ottime caratteristiche in termini di lavorabilità e performance.

Queste ultime sono state monitorate a confronto con un prodotto di riferimento per il mercato, valutando le caratteristiche meccaniche delle mescole bituminose attraverso prove di resistenza alla flessione. Questo tipo di test è stato eseguito su campioni prismatici fessurati in conglomerato bituminoso (4x4x16 cm) sigillati con compound bituminoso.

Una prova come questa può dare indicazioni sull’aumento della resistenza meccanica utilizzando sigillante bituminoso in corrispondenza di una pavimentazione fessurata. La miscela di asfalto utilizzata è stata una miscela standard 0/12 in accordo con le specifiche tecniche ANAS per strato di usura.

I risultati delle prove di resistenza
4. I risultati delle prove di resistenza dei provini a flessione con o senza sigillante Sealant Joint e riferimento (concorrenza)

Al centro di ogni provino è stato effettuato un taglio profondo 2 cm e largo 4 mm mediante sega a disco diamantato. Una volta effettuato il taglio sui campioni, sono stati sigillati con compound bituminosi come mostrato in Figura 3 sopra.

I test sono stati eseguiti secondo il metodo standard europeo EN 196-1 sia su campioni sigillati sia su campioni non sigillati a diverse temperature di condizionamento (20 °C, 5 °C e −10 °C). I risultati ottenuti sono riportati nella Figura 4 sopra.

Dai risultati emerge che il Polystrada Sealant risulta superiore a tutte le condizioni di test rispetto alla concorrenza e porta a un incremento delle performance dell’80% rispetto al provino non sigillato.

Le simulazioni di invecchiamento in laboratorio

Il percorso di ricerca e sviluppo ha successivamente affrontato l’argomento della durabilità. Questo aspetto, come anticipato, è fondamentale affinché il prodotto dia garanzia di mantenimento delle sue caratteristiche e che quindi svolga correttamente il ruolo per cui è stato progettato per un tempo giudicato sufficiente.

Resistenza a flessione del Polystrada Sealant
5. L’incremento percentuale della resistenza a flessione del Polystrada Sealant e del riferimento (concorrenza) rispetto al provino intagliato e senza sigillante

A tale scopo, l’approccio adottato si è basato su approfondimenti di tipo reologico su provini che hanno subito processi di invecchiamento accelerato in laboratorio sia a breve sia a lungo termine.

I campioni di Polystrada Sealant sono stati sottoposti a invecchiamento ossidativo, investendo i provini con una corrente di aria a 163 °C per 75 min. (RTFOT) secondo la EN 12607-1 (parametri illustrati in Figura 6 sotto).

Questa tipologia di procedura ha lo scopo di simulare l’invecchiamento subito da un legante bituminoso durante le fasi di produzione di miscele in conglomerato bituminoso in impianto.

Successivamente, gli stessi campioni hanno subìto un condizionamento accelerato sottoponendo i suddetti provini a un invecchiamento mediante PAV in osservanza alla Normativa EN 14769. Questa tipologia di trattamento, combinato con l’RTFOT, ha lo scopo di simulare l’invecchiamento del legante a lungo termine (cinque/dieci anni). 

Tipologie di invecchiamento
6. I dettagli delle tipologie di invecchiamento eseguite su campioni di prodotto Polystrada Sealant

Garanzia di qualità nel tempo

Le indagini reologiche sono state condotte mediante l’utilizzo di un DSR (Dynamic Shear Rheometer). Lo scopo principale è stato quello di monitorare le variazioni di viscosità e di comportamento viscoelastico del materiale a seconda della tipologia di invecchiamento subìto (breve o lungo termine).

La viscosità è associata ad aspetti come lavorabilità e applicabilità del sigillante, mentre la descrizione dei moduli al variare della temperatura fornisce un’indicazione delle sue performance meccaniche.

Lo studio reologico sui prodotti è iniziato con diverse indagini ottenute considerando protocolli di misurazione in continuo e in oscillatorio.

Per tutti i test, il campione è stato applicato sul peltier alla massima temperatura di prova, per ottenere un campione uniforme e privo di difetti. Il profilo di viscosità al variare della temperatura con velocità di deformazione costante del Polystrada Sealant (Figura 8 sotto) descrive il comportamento dei campioni in termini di variazione della viscosità influenzata dal differente invecchiamento subito.

Sigillante sottoposto a caratterizzazione reologica
7. Il campione di sigillante sottoposto a caratterizzazione reologica con DSR

Ciò che appare evidente è che a fronte di un incremento dell’invecchiamento subito dal provino, si ha un trascurabile aumento della viscosità del prodotto. Tale aumento va ad appiattirsi fino a sparire ad elevate temperature, prossime a quelle di applicazione del materiale.

Questo dato permette di stabilire che sia durante le condizioni di lavorazione che a seguito di invecchiamenti più spinti, aspetti come lavorabilità e applicabilità del prodotto non vengono influenzati significativamente.

Le curve di flusso (Figura 9 sotto) sono invece state eseguite al variare della velocità di taglio alle temperature di 80 °C, 100 °C e 150 °C per provini sia invecchiati che non invecchiati.

Anche in questo caso si conferma quanto osservato precedentemente ovvero che le differenze di comportamento reologico tra i campioni tendono ad assottigliarsi all’aumentare della temperatura.

Viscosità del Polystrada - Sigillanti stradali
8. Il profilo di viscosità del Polystrada Sealant

Inoltre, si sottolinea che il profilo di viscosità dei vari provini invecchiati non varia significativamente rispetto al campione non invecchiato, mostrando un comportamento di tipo pseudoplastico a temperature più basse, fino ad arrivare a un profilo di curva di tipo newtoniano ad alte temperature, in accordo con i dati presenti in letteratura.

Tramite lo studio della variazione del comportamento viscoelastico nel tempo, grazie al ‘temperature sweep test’ (Figura 10 sotto), è stato eseguito un monitoraggio del modulo elastico G’(T) e il modulo viscoso G’’(T), al variare della temperatura a frequenza fissa (1 Hz). Tale prova ha interessato tutti i provini sottoposti a invecchiamento accelerato e sono stati messi a confronto col prodotto non invecchiato.

Le curve illustrate presentano degli andamenti simili e quasi sovrapponibili; i campioni invecchiati hanno solo una leggera tendenza ad aumentare il proprio modulo elastico. Altro dato importante riguarda la temperatura di rammollimento (gel point) che rimane nel range tra i 96 °C e i 100 °C, mantenendo sostanzialmente invariato il punto di transizione solido/liquido.

Le curve di flusso - Sigillanti stradali
9. Le curve di flusso eseguite a 80 °C, 100 °C e 150 °C per i campioni di Polystrada Sealant

Dai dati esposti, è possibile concludere che non vi sono significative variazioni sia delle caratteristiche di lavorabilità e applicabilità del Polystrada Sealant e, conseguentemente, delle sue performance meccaniche (elasticità e tenacità).

I valori evidenziati dal condizionamento effettuato nei provini mediante combinazione di RTFOT e PAV (invecchiamento a lungo termine) forniscono una garanzia per il Polystrada Sealant, confermando il mantenimento dell’alta qualità del prodotto nel tempo e la sua affidabilità in opera.

La versione di sigillante sviluppata è in grado di fermare la propagazione di ogni tipo di fessurazione preesistente ed è idonea alla riabilitazione di strade dal fondo fessurato prima della stesura di nuovo conglomerato. Polystrada Sealant conferisce una maggiore resistenza alla pavimentazione e le minori esigenze di manutenzione producono vantaggi economici, risparmio energetico e un ridotto impatto ambientale. 

Profilo viscoelastico dei provini di Polystrada - Sigillanti stradali
10. Il profilo viscoelastico dei provini di Polystrada Sealant invecchiati rispetto all’originale, sweep di temperatura eseguito all’interno della regione LVE

Le indagini reologiche

I vantaggi dimostrati
  • elasticità e maggior resistenza all’ormaiamento: la grande elasticità e la capacità di assorbire la spinta del carico conferisce una durabilità superiore. Si adatta a movimenti longitudinali, rotazionali e trasversali;
  • resistenza all’invecchiamento: formulazione che rimane elastica anche dopo invecchiamento a garanzia di una prestazione superiore e durevole;
  • lavorabilità: le curve di viscosità confermano l’elevata lavorabilità che permette di realizzare superfici perfettamente complanari con la pavimentazione stradale adiacente riducendo le sollecitazioni dinamiche e il rumore di rotolamento;
  • versatilità: eccellente adesione ai materiali bituminosi, al calcestruzzo, al fibrocemento, a materiale litico di varie nature petrografiche, consentendo la completa impermeabilizzazione della parte trattata.

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