Caratterizzazione sperimentale dei leganti bituminosi alle basse temperature tramite MTL (Monotonic Torsional Loading) con reometro rotazionale = Low temperatures characterization of bituminous binders by means of the MTL (Monotonic Torsional Loading) test

Le basse temperature sono responsabili delle fessurazioni termiche che si verificano nelle pavimentazioni in conglomerato bituminoso: queste si manifestano tipicamente come fessure trasversali uniformemente distanziate causate da sollecitazioni termiche che superano la resistenza alla trazione delle miscele bituminose. Pertanto, le proprietà dei leganti bituminosi a basse temperature diventano fondamentali per controllare l'innesco e la propagazione delle fessure nelle pavimentazioni in conglomerato bituminoso. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare le proprietà dei leganti bituminosi alle basse temperature. Infatti, la risposta dei leganti è strettamente legata alla temperatura e alle condizioni di carico a cui sono sottoposti. Il comportamento è generalmente visco-elastico ma, a seconda del livello di deformazione e di danneggiamento, inizia con una risposta viscoelastica lineare (LVE) e poi successivamente devia verso una risposta visco-elastica non lineare (NLVE). Inoltre, a seconda della temperatura, del livello di deformazione, del danno e della capacità di assorbire energia prima della frattura, la rottura si differenzia in fragile, duttile e in una regione intermedia duttile-fragile. Per studiare queste proprietà, si è cercato di convalidare una nuova metodologia recentemente sviluppata al Politecnico di Torino, denominata Monotonic Torsional Loading (MTL), che prevede l'utilizzo di un reometro dinamico a taglio con un sistema di misura a piatti paralleli di 4 mm. L'indagine sperimentale è stata condotta su un bitume tradizionale e su un bitume modificato con e senza antiossidante, per un totale di quattro materiali. Tutti i materiali sono stati sottoposti preliminarmente al Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT) e poi al Pressure Aging Vessel (PAV) per simulare i fenomeni di invecchiamento a breve e lungo termine con la conseguente determinazione del Performance Grade (PG). In seguito, i campioni aventi un diametro di 4 mm e un'altezza di 5 mm sono stati sottoposti alla prova MTL. I campioni stessi sono stati preparati secondo una procedura ben consolidata in precedenti lavori. La prova MTL consta di due fasi: una frequency sweep alla temperatura di prova per valutare la risposta viscoelastica lineare del materiale, seguita da un carico di torsione monotono fino a rottura a una velocità di deformazione di taglio costante di 0,001 s-1 per la determinazione delle proprietà di rottura alla temperatura selezionata. Le prove sono state eseguite sui quattro materiali in cinque ripetizioni e a diverse temperature. I risultati sperimentali sono stati elaborati con un approccio di modellazione semplificato della procedura MTL originale per calcolare il parametro di fragilità e ricavare la temperatura critica di rottura. Sulla base dei risultati ottenuti, è stato osservato che l'antiossidante non ha generato effetti significativi sul bitume tradizionale, mentre nel bitume modificato con il polimero, l'additivo antiossidante ha mostrato un comportamento più duttile alla stessa temperatura. Tre dei quattro leganti analizzati hanno presentato la stessa temperatura minima PG, tuttavia i risultati MTL hanno mostrato una grande variazione nella temperatura critica di rottura, dimostrando la limitazione del metodo PG.