Un aumento di circa l’80% del modulo di rigidezza a trazione indiretta dopo soli tre giorni: è il divario misurato tra un conglomerato bituminoso lavorato a freddo con il 3% di Ordinary Portland Cement (OPC) e la controparte a caldo con bitume 100-150 pen. A documentarlo è lo studio firmato da Anmar Dulaimi, Yasir N. Kadhim, Qassim Ali Al Quraishy, Hayder Al Hawesah, Tiago Pinto Ribeiro e Luís Filipe Almeida Bernardo, pubblicato sulla rivista CivilEng (vol. 6, pag. 46; DOI 10.3390/civileng6030046). L’obiettivo della ricerca è la formulazione di un High-Performance Cold Mix Asphalt, HP-CMA, in cui il cemento Portland ordinario sostituisce il filler calcareo con dosaggi fino al 6% del peso degli aggregati.
Cemento Portland al posto del filler calcareo
La miscela si lega con un’emulsione bituminosa e ricalibra il ruolo della frazione fine: al posto del filler calcareo di tradizionale impiego entra il cemento, dosato allo 0%, 1,5%, 3%, 4,5% e 6% del peso degli aggregati. Il valore nullo individua la formulazione priva di OPC; i dosaggi crescenti immettono invece cemento idraulico nella parte più fine dello scheletro granulometrico. Il contenuto di OPC diventa così la variabile con cui calibrare la risposta del conglomerato, mentre le miscele a caldo forniscono i termini di paragone esterni.
Il disegno sperimentale: rigidezza, umidità, temperatura, microstruttura
La caratterizzazione meccanica ruota attorno all’Indirect Tensile Stiffness Modulus (ITSM), il modulo di rigidezza determinato con la prova di trazione indiretta. Attorno a questa misura si collocano la verifica della suscettibilità all’umidità, la valutazione della suscettibilità alla temperatura e l’analisi microstrutturale. I riferimenti di confronto sono due conglomerati bituminosi a caldo (HMA, hot mix asphalt), uno con bitume 100-150 pen e uno con bitume 40-60 pen, classificati per penetrazione; i confronti di rigidezza si articolano su tre e sette giorni.
Rigidezza a trazione indiretta: i confronti con il caldo
L’impiego di OPC innalza considerevolmente l’ITSM. Con il 3% di cemento, la miscela a freddo supera di circa l’80% la rigidezza dell’HMA di controllo con bitume 100-150 pen dopo tre giorni. Con il 4,5% il termine di paragone sale di livello: dopo sette giorni la HP-CMA raggiunge lo stesso ITSM del mix a caldo con bitume 40-60 pen, il più rigido dei due riferimenti. La progressione dei valori tra tre e sette giorni è coerente con l’avanzare dell’idratazione e con la rottura dell’emulsione, i due processi indicati come essenziali per il comportamento della formulazione.
| Miscela a freddo | Termine di confronto | Esito |
|---|---|---|
| HP-CMA con 3% di OPC | HMA di controllo, bitume 100-150 pen | ITSM superiore di circa l’80% dopo tre giorni |
| HP-CMA con 4,5% di OPC | HMA di controllo, bitume 40-60 pen | ITSM equivalente dopo sette giorni |
Da 20 a 45 °C: la tenuta termica
Il secondo fronte di verifica riguarda la sensibilità al regime termico. Tra 20 °C e 45 °C l’ITSM dell’HMA con bitume 40-60 pen si riduce del 91,93%, segno di una forte dipendenza della rigidezza dalla temperatura. Nel confronto termico la formulazione a freddo esaminata è quella con il 6% di OPC: la sua rigidezza cala del 42,47% nel medesimo intervallo. Il divario tra le due cadute delinea una maggiore stabilità della HP-CMA a temperature di esercizio elevate.
Demulsificazione dell’emulsione e idratazione del cemento
Sul piano dei meccanismi, le prestazioni superiori della formulazione a freddo vengono ricondotte a due fattori. Il primo è il migliorato effetto legante che accompagna la demulsificazione dell’emulsione bituminosa impiegata come legante: la rottura dell’emulsione libera il bitume e gli consente di esprimere pienamente la sua azione di legame. Il secondo è la formazione dei prodotti di idratazione generati dal cemento introdotto al posto del filler calcareo, che affianca alla matrice bituminosa una componente cementizia. L’analisi microstrutturale compresa nel programma sperimentale completa la caratterizzazione di questi aspetti.
Perché puntare sul freddo: emissioni, energia e logistica
La spinta verso le lavorazioni a temperatura ambiente nasce dai limiti del ciclo a caldo. Produrre e posare un HMA richiede consumi energetici elevati, comporta emissioni di gas nocivi in atmosfera e pone il problema di mantenere la temperatura di lavorazione lungo trasporti su lunghe distanze. La ricerca sull’HP-CMA muove proprio dall’obiettivo di aggirare questi vincoli: lavorando a freddo si prescinde dal riscaldamento del conglomerato e dai fabbisogni che lo accompagnano. In questa prospettiva, il dosaggio di cemento e i tempi di cura sono le leve con cui avvicinare il freddo ai livelli prestazionali dei riferimenti a caldo.
Il quadro complessivo resta numerico: il 3% di OPC supera il riferimento 100-150 pen in tre giorni, il 4,5% eguaglia il 40-60 pen in sette, il 6% contiene la perdita di rigidezza tra 20 e 45 °C al 42,47% contro il 91,93% del mix a caldo. Un insieme di valori che circoscrive la finestra prestazionale delle miscelazioni a freddo cementate e che sposta il confronto con il ciclo a caldo dal solo valore del modulo alla tenuta della miscela in servizio.
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