Un dosaggio dello 0,75% di nanotubi di carbonio a parete multipla è sufficiente per portare il grado prestazionale ad alta temperatura di un legante bituminoso modificato da 82 a 88 °C. Il dato emerge dalla campagna sperimentale pubblicata sulla rivista Construction Materials (doi: 10.3390/constrmater6030034) da Amjad H. Albayati, Hasan M. Al-Mosawe, Ahmed M. Mohammed, Mayank Sukhija, Aliaa F. Al-ani, Mazen J. Al-Kheetan e Mustafa M. Moudhafar. Il quadro complessivo è però più articolato di un semplice incremento di rigidezza: variando la percentuale di nanotubi, l’accoppiata con il copolimero stirene-butadiene-stirene orienta il comportamento del legante verso la resistenza all’ornellamento oppure verso la resistenza a fatica.
Le proprietà reologiche del legante condizionano prestazioni e durabilità delle pavimentazioni asfaltiche, in particolare quando condizioni climatiche severe e traffico intenso sollecitano il materiale. È su questo terreno che l’indagine esplora l’interazione tra nanotubi e SBS.
La matrice sperimentale: AC 40-50 con SBS al 4%
Il legante di riferimento è un AC 40-50 modificato con il 4% di copolimero stirene-butadiene-stirene (SBS). Su questa base sono state preparate le composizioni oggetto di confronto, incorporando nanotubi di carbonio a parete multipla (multi-walled carbon nanotubes, CNT) in percentuali crescenti, dallo 0,25% all’1%. L’obiettivo della ricerca è quantificare l’effetto sinergico dei due modificatori sulle proprietà del legante.
Prove fisiche, reologiche e chimiche: il programma di caratterizzazione
La batteria di prove copre tre piani. Quello fisico comprende penetrazione, punto di rammollimento, viscosità e stabilità allo stoccaggio, quest’ultima desunta dalla differenza di punto di rammollimento. Sul piano reologico operano il Dynamic Shear Rheometer (DSR), le prove Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) e il Linear Amplitude Sweep (LAS): le prime orientate alla resistenza alla deformazione permanente, il secondo alla risposta a fatica. La caratterizzazione chimica è affidata alla spettroscia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR), mentre l’indice di Glover-Rowe (G-R) viene impiegato sul fronte della fessurazione. Completa il quadro un’analisi della varianza a una via (one-way ANOVA), utilizzata per verificare la significatività statistica delle differenze tra le formulazioni.
Rigidezza del legante e contenuto di nanotubi: una relazione continua
Il risultato più trasversale riguarda la rigidità. Al crescere del contenuto di CNT, la penetrazione diminuisce, il punto di rammollimento sale e la viscosità aumenta. Tre indicatori diversi, un’unica direzione: l’indurimento progressivo del legante con l’aggiunta di nanotubi.
Stabilità allo stoccaggio: l’1% di CNT e lo scarto di rammollimento
Anche la conservazione trae beneficio dal dosaggio massimo. Nei leganti modificati con SBS, l’1% di nanotubi riduce la differenza di punto di rammollimento da 3,1 a 1,6 °C. Lo scarto più contenuto indica una stabilità allo stoccaggio migliorata.
Ornellamento e alte temperature: lo 0,75% per i climi caldi
Sul fronte delle alte temperature, la composizione con lo 0,75% di CNT è quella con i risultati più marcati: il grado prestazionale ad alta temperatura sale da 82 a 88 °C e le prove MSCR le attribuiscono la miglior resistenza alla deformazione permanente. Per questa ragione, la ricerca la individua come dosaggio ottimale per le applicazioni in clima caldo.
Fatica e fessurazione: le prestazioni dello 0,5% con l’indice di Glover-Rowe
Con dosaggi intermedi il comportamento cambia orientamento. La miscela con lo 0,5% di nanotubi mostra la miglior resistenza a fatica e il valore più basso dell’indice di Glover-Rowe, con effetti positivi sulla resistenza alla fessurazione e sulla durabilità. È la configurazione associata alle condizioni di temperatura moderata.
| Dosaggio di CNT | Evidenza sperimentale | Indicazione |
|---|---|---|
| 0,5% | Miglior resistenza a fatica, indice di Glover-Rowe più basso | Temperature moderate |
| 0,75% | Grado prestazionale ad alta temperatura da 82 a 88 °C, miglior resistenza all’ornellamento (MSCR) | Climi caldi |
| 1% | Differenza di punto di rammollimento ridotta da 3,1 a 1,6 °C | Stabilità allo stoccaggio |
Il quadro d’insieme indica che i nanotubi di carbonio possono migliorare con efficacia le prestazioni dei leganti modificati con SBS, ma non esiste una percentuale valida per ogni scenario. La scelta del dosaggio resta un esercizio di bilanciamento: allo 0,75% vanno le condizioni a più alto rischio di ornellamento, allo 0,5% quelle in cui predominano fatica e fessurazione. La sequenza di prove DSR, MSCR, LAS e indice di Glover-Rowe fornisce i riferimenti quantitativi per impostare questo equilibrio in funzione del clima di esercizio.
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