Il nuovo impianto per la produzione del bitume modificato Fastdraining® è in esercizio da Luglio 2022. Alla base, vi sono la qualità dei bitumi Alma Petroli, anni di ricerca e un cospicuo investimento.
Un progetto sintetizzabile in alcune cifre significative: 30 t/ora di capacità produttiva, tre serbatoi da 90 m3 per le diverse qualità di prodotto finito che il mercato richiede e una successiva espansione già progettata con altri tre serbatoi da 90 m3, capacità di produrre tutte le specifiche richieste dal mercato nazionale e dalle nazioni limitrofe.
L’impianto del bitume modificato è pienamente integrato nella raffineria di Ravenna e può quindi contare sulla disponibilità di numerosi serbatoi di bitume base per ottimizzare le diverse produzioni su tutta la gamma dei bitumi modificati, sul funzionamento in continuo 24 ore su 24 della centrale termica di raffineria e una sezione di riscaldamento ad olio diatermico dedicata, e su un team di operatori sia in campo che in laboratorio, dedicati completamente alla produzione e al controllo qualità del bitume modificato (https://www.almapetroli.com/bitume-stradale-modificato).
L’impianto di modifica dei bitumi è costituito da un impianto di fornitura Menestrina, realizzato secondo gli standard del settore oil&gas ed equipaggiato con le migliori dotazioni attualmente disponibili.
Il funzionamento produttivo è a batch con produzione dapprima del Masterbatch concentrato ad alta modifica e la successiva diluizione fino alla specifica desiderata.
Il cuore è costituito da un mulino Siefer Trigonal da 130 kW per la gestione ottimale della dissoluzione del polimero nel bitume; inoltre, per quanto concerne il dosaggio di polimeri e additivi, le dotazioni impiantistiche installate garantiscono notevole flessibilità e versatilità per realizzare a livello produttivo tutto ciò che è stato già testato e sviluppato in laboratorio (quali i mix di polimeri, i bitumi HiMA, ossia i bitumi ad alta modifica per asfalti durevoli, prestazionali e autoriparanti in quanto le micro fessurazioni da sollecitazioni a fatica non possono propagarsi nell’asfalto, additivi innovativi quali reticolanti non a base zolfo).
Le ricette produttive del bitume modificato Fastdraining® e la selezione degli additivi sono state invece sviluppate internamente e sono frutto della ricerca Almapetroli e di tutto il lavoro effettuato in laboratorio dal 2017.
La tecnologia del bitume modificato Fastdraining® è proprietaria e la modifica è basata su polimeri elastomerici (principalmente ma non esclusivamente SBS radiale).
Anche se la modifica del bitume si è sviluppata commercialmente negli ultimi 40/50 anni, in realtà studi e brevetti sono iniziati contestualmente all’utilizzo del bitume per fare le pavimentazioni stradali.
Si tratta quindi di una tecnologia ampiamente consolidata in cui Alma Petroli sta entrando con la propria competenza e con la flessibilità e la capacità di innovazione che la contraddistingue in termini di conoscenza e selezione del bitume pro modifica, test e valutazione dei polimeri e degli additivi più appropriati, sviluppo delle ricette a partire dal laboratorio.
Riteniamo che la chiave del nostro successo sia la capacità di fornire prodotti prestazionali e soluzioni alle diverse esigenze del mercato: quindi da un lato prodotti di qualità comprovata e dall’altro assistenza tecnica.
Indipendentemente dalle scelte e dall’evoluzione della motorizzazione tra motore termico ed elettrico, la strada rimane un asset cruciale e al centro della nostra visione.
In Europa vi sono 5 milioni di km di strade su cui nella sola Europa continentale viaggiano il 75% delle merci e l’80% delle persone si muovono percorrendo le strade.
La qualità delle strade e il loro mantenimento costituiscono fattori cruciali per garantire l’efficienza dell’infrastruttura dei trasporti. L’infrastruttura stradale rappresenta quindi uno dei pilastri dell’economia e del benessere di una nazione e l’obiettivo è prolungarne la vita utile, avere soluzioni manutentive efficaci economicamente e ridurre l’impatto ambientale.
Il bitume modificato con i polimeri (PmB) è uno dei modi per rispondere alle esigenze attuali e future delle infrastrutture stradali e siamo confidenti che sarà un mercato tendenzialmente in crescita, per solide ragioni tecniche, economiche e di sostenibilità:
- l’asfalto (conglomerato bituminoso) è riciclabile al 100% quindi un materiale sostenibile;
- l’asfalto richiede assai meno energia per la produzione e la realizzazione del manto stradale rispetto alle alternative (riduzione ca. 20% come attestato da studi indipendenti);
- il conglomerato bituminoso drenante e fonoassorbente (realizzato con bitume modificato) riduce drasticamente le emissioni sonore (riduzione circa 50% come attestato da studi indipendenti).
In particolare, l’aggiunta di tecnopolimeri elastomerici al bitume presenta vantaggi in termini di prestazioni del conglomerato bituminoso che rendono la scelta, seppure più costosa in termini di investimento iniziali, decisamente economicamente più vantaggiosa sul lungo periodo:
- la durabilità delle prestazioni del manto stradale aumenta rispetto a quella ottenibile con un conglomerato bituminoso a base di bitume tradizionale;
- parallelamente si ha un indubbio beneficio in termini di sostenibilità ambientale perché l’asfalto mantiene le prestazioni per un arco temporale superiore rispetto alla durata sperimentabile con conglomerato bituminoso a base di bitume tradizionale.
I fattori che impattano sulla durabilità del manto stradale sono ovviamente quelli noti da sempre: l’aumento del traffico, la pioggia e le condizioni climatiche con il ciclo estate-inverno, fra queste in particolare l’aumento progressivo delle temperature estreme estive dovrebbe risultare nella richiesta di prestazioni superiori.
Da questo punto di vista, i benefici del PmB in termini di maggiori prestazioni e durabilità a fronte di sollecitazioni aumentate sono quelli già ampiamente noti. In primis l’allargamento del campo di utilizzo del legante dato dall’aggiunta del polimero elastomerico:
- aumento del Punto di Rammollimento come misurato dal test del R&B che fornisce un’indicazione del range delle elevate temperature di servizio;
- miglioramento (diminuzione) della suscettività termica nel campo di variabilità delle temperature di servizio;
- la contemporanea diminuzione del punto di infragilimento così come misurato dal test Fraass B.P. che fornisce un’indicazione del campo di lavoro limite alle basse temperature.
Questo concetto è di immediata e intuitiva evidenza in un confronto fra le prestazioni del legante bituminoso così come misurate da semplici prove empiriche e di comunissima diffusione nel settore (Figura 4 sopra).
Il bitume modificato supera i limiti di applicazione del bitume estendendone il campo di applicazione con il miglioramento della suscettività termica ed approssimando il comportamento del bitume ideale.
Una ulteriore rappresentazione del concetto è qui di seguito mostrata in modo intuitivo dalla Figura 5, risalente a pubblicazioni degli anni Ottanta e poi ripresa dopo adattamenti in innumerevoli presentazioni e articoli e che attesta come il tema sia ben studiato e consolidato da decenni.
I benefici della realizzazione di pavimentazioni stradali con bitume modificato includono una maggiore resistenza alle deformazioni permanenti (ormaiamento), una maggiore elasticità, una maggiore resistenza alla propagazione delle cricche in vere e proprie fessurazioni e nella maggiore durata delle prestazioni in termini di resistenza all’invecchiamento.
Visto così sembrerebbe di primo acchito una soluzione tecnologicamente molto semplice: basta aggiungere polimero al bitume per ottenere prestazioni superiori. In realtà, per garantire al cliente un bitume modificato di qualità e fornire realmente prestazioni superiori occorre conoscenza e competenza, per selezionare accuratamente materie prime appropriate (bitume, polimeri, additivi), testare le ricette e il bitume prodotto, impianti adeguati e personale preparato e formato.
I bitumi sono certamente tra i prodotti petroliferi i più complessi e i più versatili, probabilmente tra i più studiati con particolare attenzione agli asfalteni e alle altre “famiglie” in cui può essere separato e studiato.
Negli ultimi decenni vi è stato un deciso sviluppo in termini di approfondimento della relazione tra la chimica del bitume (la composizione del bitume e le interazioni fra le diverse molecole) e le proprietà fisiche del bitume.
In sintesi, i bitumi sono assai differenti fra loro in quanto possono essere prodotti da greggi molto diversi tra loro e da processi di produzione estremamente diversi e questo ne determina la loro composizione, le loro caratteristiche e nello specifico per esempio l’interazione e le prestazioni con i polimeri.
Parallelamente, negli ultimi decenni il mondo del bitume (la ricerca, l’industria e il sistema di Normazione europea) si sta muovendo verso un approccio prestazionale per integrare e progressivamente superare il tradizionale approccio basato su prove empiriche (penetrazione, Ring&Ball, ecc.): significa test di caratterizzazione di laboratorio più complessi e con significato più profondo per interpretare meglio il comportamento del bitume, per poi definire meglio nelle future specifiche le prestazioni atte a garantire il prodotto bitume per le pavimentazioni stradali in termini anche di durabilità.
Riassumendo, per essere certi delle prestazioni di un bitume modificato non basta descriverlo in termini di penetrazione, R&B e delle altre prove tradizionali, ma è necessario dotare il proprio laboratorio di strumentazione adeguata e di sviluppare competenze nell’esecuzione e nell’interpretazione delle prove reologiche.
La strumentazione che permette di caratterizzare in modo approfondito il comportamento visco-elastico del bitume e di interpretarne pienamente le prestazioni del bitume sia su tutto il campo delle temperature di servizio della strada e sia in termini di invecchiamento è riconducibile a Dynamic Shear Rheometer (reometro), RTFOT + Pressure Ageing Vessel e Bending Beam Rheometer.
Con l’ausilio di quanto sopra si può analizzare:
- il comportamento del bitume dopo l’invecchiamento a breve termine (l’invecchiamento del bitume che avviene durante la produzione del conglomerato bituminoso negli impianti) simulandolo in laboratorio con il test Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT);
- il comportamento del bitume dopo l’invecchiamento a lungo termine (che corrispondente a circa dieci anni di servizio dopo la stesura) e che viene simulato in laboratorio con il test RTFOT seguito da PAV.
Quando le temperature scendono il bitume aumenta la propria rigidezza e quindi la fragilità, questo potrebbe tradursi nel deterioramento del manto stradale in quanto i carichi del traffico possono innescare microfratture nella pavimentazione che si propagano in fessurazioni. Un bitume modificato che garantisce dopo RTFOT+PAV una bassa rigidezza è certamente garanzia di maggiore durata.
Il test DSR dopo RTFOT permette di individuare la massima temperatura di servizio, ossia la temperatura sotto la quale il bitume mantiene una consistenza e un comportamento elastico adeguato e quindi è presumibile possa resistere alle sollecitazioni indotte dai carichi senza che si determinino deformazioni permanenti (ormaiamento).
Sempre attraverso il DSR dopo invecchiamento è possibile valutare la capacità del bitume di sopportare le sollecitazioni cicliche indotte dal traffico, le sollecitazioni cicliche tendono a innescare microfratture, e quindi la possibilità che queste si propaghino in vere e proprie fessure oppure si autoriparino dipende dalla natura visco-elastica del bitume modificato, nonché dal tenore della modifica (percentuale di polimero presente) e dalla bontà della modifica effettuata (qualità della fase).
Dopo questo excursus, si può quindi meglio delineare l’approccio seguito da Alma Petroli sul tema bitume modificato Fastdraining®:
- il bitume base modifica è prodotto nella propria raffineria di Ravenna attiva dal 1960, dove AlmaPetroli raffina solo greggi selezionati ed idonei per produrre i bitumi;
- la configurazione della raffineria è hydroskimming per produrre bitume in modalità straight-run;
- AlmaPetroli ha una leadership riconosciuta sui bitumi che si esplica in know-how e competenze, in un laboratorio all’avanguardia e dotato delle apparecchiature per le prove tradizionali e reologiche complete e personale preparato e formato;
- AlmaPetroli ha condotto la ricerca e sviluppato le ricette in proprio laboratorio e sono poi state testate e validate in impianto;
- AlmaPetroli presidia e controlla tutto il processo dal greggio ai bitumi prodotti e quindi si seleziona accuratamente il bitume base da destinare a modifica così da garantire la costanza produttiva del bitume e la riproducibilità analitica in serbatoio del bitume base;
- dalla costanza del lotto di bitume base modifica in partenza discende la costanza delle caratteristiche del bitume modificato prodotto così che il processo produttivo è estremamente ripetibile, standardizzato e la qualità del prodotto finale garantita;
- la disponibilità H24 del laboratorio consente di controllare la produzione del bitume modificato in tutte le sue fasi, e di confrontare i valori ottenuti con le prestazioni attese sulla base dei valori dei lotti pregressi;
- l’esecuzione dei test tradizionali empirici e dei test reologici permette di caratterizzare pienamente il bitume su tutto il campo di lavoro che affronterà il bitume modificato dalla produzione del conglomerato bituminoso alla stesa in opera ed alla vita utile in esercizio della strada.
A fianco della caratterizzazione completa di laboratorio del bitume Fastdraining®, presso un laboratorio terzo sono stati eseguiti studi dedicati sul conglomerato bituminoso prodotto per l’utilizzo come strado di base, di collegamento, strato di usura e strato di usura drenante per verificare la piena rispondenza delle prestazioni dei diversi conglomerati prodotti ai capitolati e le caratteristiche di durabilità in termini di resistenza alla fatica.
Alcuni numeri possono ben sintetizzare la mole delle attività svolte: dal 2018 abbiamo effettuato più di 300 mescole di laboratorio testando numerosi bitumi base di nostra produzione, i principali polimeri elastomerici disponibili sul mercato e svariati additivi, complessivamente abbiamo effettuato più di 10.000 analisi solo internamente al nostro laboratorio.
I benefici del bitume Fastdraining® sono tangibili e misurabili
Su tutte le caratteristiche previste dalla Norma EN14023 in vigore e in termini delle caratteristiche prestazionali in fase di sviluppo il bitume Fastdraining® è ampiamente a specifica e anche decisamente performante.
Inoltre, non vi sono criticità dal punto di vista delle emissioni di H2S e da un punto di vista olfattivo l’aspetto odorigeno è pienamente sotto controllo e “neutro”.
A titolo esemplificativo, per il bitume Fastdraining® Hard:
1. le prestazioni a freddo in termini di Fraass B.P. e di BBR sono eccellenti:
- il range dei valori è compreso nel range ─18÷─24 °C a garanzia delle prestazioni a freddo;
2. Ritorno Elastico e Force Ductility sono ampiamente superiori ai requisiti minimi richiesti dalla specifica a dimostrazione dell’elevato contenuto in elastomero, dell’energia di Coesione e della eccellente compatibilità bitume/polimero ed a garanzia che anche sotto sollecitazione il legante non cede e mantiene la continuità e le prestazioni;
3. la compatibilità così come evidenziata dall’aspetto della fase è eccellente;
4. la stabilità allo stoccaggio così come misurata con la prova di laboratorio del tuben test è eccellente in quanto la differenza delle caratteristiche testa-coda si mantiene per il R&B entro ± 1°C e per la penetrazione entro ±1 dmm sia nel tuben test a tre giorni, a cinque giorni e anche a sette-dieci giorni, così da garantire al cliente la stabilità e l’assenza di segregazione durante lo stoccaggio.
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