Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale - DICEA Dottorato di ricerca 33 ciclo A.A. 2017/2018 Infrastrutture, sistemi di trasporto e geomatica

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1 Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale - DICEA Dottorato di ricerca 33 ciclo A.A. 2017/2018 Infrastrutture, sistemi di trasporto e geomatica Caratterizzazione di conglomerati bituminosi modificati con nano-additivi in relazione alla produzione stesa e posa in opera Tutor: Prof. Ing. Antonio D Andrea Dottoranda: Raffaella Fusco

2 OBIETTIVO Stato dell arte Programma di lavoro Problema: Deterioramento delle strade Aggregati lapidei e bitume: risorse pregiate e non rinnovabili Ingenti quantità di materiale di risulta Necessità di continua manutenzione Soluzione: Riciclo e riutilizzo Additivi in grado di incidere sulla durabilità delle miscele Bitumi modificati 1/12

3 OBIETTIVO Stato dell arte Programma di lavoro Bitumi modificati con polimeri (elastomeri e plastomeri) Modificati «soft» (fino al 3% del peso del bitume) Modificati «hard» (fino al 5% del peso del bitume) Vantaggi: Intervallo di elastoplasticità più ampio Buongiorno, sono Raffaella Fusco e sono una dottoranda di Infrastrutture e trasporti iscritta al primo anno e vorrei presentarvi oggi il progetto di ricerca di cui mi sto occupando. Miglior comportamento alle alte e basse temperature Maggiore resistenza alla fatica e all usura I miglioramenti si riflettono sulle miscele di conglomerato bituminoso che risultano più resistenti e durevoli Bitumi modificati con nano-additivi Più alte prestazioni e maggiore durabilità 2/12

4 Nanotecnologia: controllo della materia su scala dimensionale inferiore al nanometro Notevole resistenza e rigidezza Alta conducibilità elettrica Elevata flessibilità Numerosi campi di applicazione: Medicina Chimica e Ambiente Energia Informazione e Comunicazione Industria pesante Beni di consumo Infrastrutture 3/12

5 SONICATION: Procedura di mescolamento con ultrasuoni NANOPARTICELLE ADOPERATE: CNTs (0,1%-0,5%-1%): Notevole flessibilità Elevata resistenza a trazione Interessanti proprietà elettriche Conduttori e semiconduttori NANOCLAY E NANOSILICATI (4%): Proprietà tissotropiche GNP (3%-6%): Elevata resistenza a trazione TECNICHE DI MISCELAZIONE: Elevata flessibilità Ottimo conduttore termico SIMPLE SHEAR MIXING: Mescolamento tramite agitatore meccanico 4/12

6 PROVE DI LABORATORIO: Sul bitume: Test di viscosità con il viscosimetro di Brookfield (AASHTO T316-04) DSR ( prove di OSL e MSCR in accordo con la AASHTO TP 70-10) -G* (Modulo complesso) -δ (Angolo di fase) Sul conglomerato bitumonoso: Fatigue Test (Prove a controllo di forza di tipo TIME SWEEP in accordo con la AASHTO T315) Healing Test (Prove di carico ciclico seguiti da periodi di riposo) Storage stability 5/12

7 Stesa sperimentale con supermodificante prodotto da ITERCHIMICA (ha tra le aspettative un aumento della resistenza del 250%) TRATTO PK STRATO % BITUME TOTALE SU MISCELA MODIFICA % FRESATO SU AGGREGATI % RIGENERANTE SU FRESATO 1 ECOPAVE USURA 5,80 30 BINDER 4,40 5,00% SU BITUME 40 TOTALE 2 HARD CON SBS USURA 5,80 30 BINDER 4,40 5,00% SU BITUME 40 TOTALE 0,2% 3 SOFT CON SUPERPLAST USURA 5,80 30 BINDER 4,40 3,00% SU BITUME 40 TOTALE 4 TAL QUALE USURA 5,80 30 BINDER 4, /12

8 Shirakawa e alt. (2012): Al fine di essere sfruttati al meglio CNTs dovrebbero essere dispersi nelle emulsioni bituminose e pretrattati con delle soluzioni acide; I leganti additivati mostrano un valore più alto della rigidezza (più alte performance nel test di penetrazione) 7/12

9 Steyn e alt. (2013): aumento del valore del modulo complesso G* dopo l invecchiamento e all aumentare della percentuale di CNTs; La componente viscosa del modulo complesso è dominante alle alte temperature, ma all aumentare della concentrazione di CNTs domina la componente elastica alle alte temperature 8/12

10 Università del Minnesota (2016): utilizzo del GNP; I risultati mostrano un aumento d rigidezza e resistenza a flessione nonché la riduzione del numero di rotazioni necessarie alla compattazione. 9/12

11 Politecnico di Torino(2012): si utilizzano sia CNTs che NC; Aumento della resistenza alla deformazione permanente del 60 % Maggiore stabilità di conservazione Risultati fortemente dipendenti dal tipo di additivo, dal dosaggio e dalla tecnica di miscelazione Capacità di autoriparazione valutata in termini di energia dissipata dopo periodi di carico ciclico seguiti da periodi di riposo 10/12

12 Stato dell arte PROGRAMMA DI LAVORO Scelta dei nano-additivi e loro caratterizzazione Caratterizzazione del bitume nano-modificato con DSR valutando: - G* (Modulo complesso); - δ (Angolo di fase) Prove sul conglomerato bituminoso nano-modificato: - Fatigue test tramite trazione indiretta; - Healing test; - Prove a controllo di temperatura L utilizzo dei nano-additivi per il bitume è un vero vantaggio? 11/12

13 Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale - DICEA Dottorato di ricerca 33 ciclo Infrastrutture, sistemi di trasporto e geomatica A.A. 2017/2018 Grazie per la Vostra attenzione! Caratterizzazione di conglomerati bituminosi modificati con nano-additivi in relazione alla produzione stesa e posa in opera Tutor: Prof. Ing. Antonio D Andrea Dottoranda: Raffaella Fusco Roma, Lunedì 22 ottobre /12