Controllare la qualità del bitume significa sottoporlo a diverse prove per determinarne il grado, la consistenza, la viscosità, la sensibilità alla temperatura e la sicurezza. Le caratteristiche dei materiali bituminosi possono essere valutate con una serie di prove.
Per valutare le varie proprietà dei materiali bituminosi si eseguono tipicamente le seguenti prove.
- Prova di penetrazione
- Prova di duttilità
- Prova del punto di rammollimento
- Prova di viscosità
- Prova di punto di infiammabilità
- Prova di densità e distillazione
Prova di penetrazione
La prova di penetrazione è probabilmente la prova tradizionale più diffusa sui leganti, poiché viene utilizzata per classificare il bitume misurando la profondità in decimi di millimetro a cui un ago caricato in modo standard penetra verticalmente in 5 secondi. Le prove di penetrazione vengono utilizzate per determinare la durezza o la morbidezza del bitume.
Il penetrometro è costituito da un assieme con ago da 100 g e da un meccanismo per sbloccare e bloccare il gruppo in qualsiasi posizione. Il bitume viene riscaldato fino a raggiungere una consistenza colabile, mescolato accuratamente e quindi versato in contenitori con profondità superiore di almeno 15 mm rispetto alla penetrazione prevista.
La prova deve essere eseguita alla temperatura prevista di 25°C con una tolleranza molto stretta. Eventuali errori nella temperatura di versamento, nelle dimensioni dell’ago, nel peso sull’ago e nella temperatura di prova hanno un impatto significativo sul valore di penetrazione. Nei climi caldi, è preferibile un grado di penetrazione inferiore.
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Fig-1 Configurazione di prova di penetrazione
Prova di duttilità
La capacità del bitume di subire deformazioni o allungamenti significativi è nota come duttilità. Può anche essere definita come la distanza in cm fino alla quale un campione standard del materiale possono essere allungati senza rompersi.
I duttilometri sono stati originariamente progettati per valutare la duttilità dei leganti naturali. La sezione trasversale della bricchetta così formata è esattamente di 1 cm quadrato. Il campione di bitume viene riscaldato e versato nel gruppo di stampi posto su una piastra. I campioni stampati vengono raffreddati in aria e poi in un bagno d’acqua a 27°C; con una lama calda si livella la superficie e si taglia il materiale in eccesso.
Lo stampo con il campione assemblato viene quindi tenuto nel bagno d’acqua del duttilometro per circa 90 minuti. I lati dello stampo vengono rimossi, le estremità vengono fissate alla macchina e quest’ultima viene accesa. Il valore di duttilità, espresso in cm, è la lunghezza fino alla rottura del filo. Il valore di duttilità è fortemente influenzato da fattori quali la temperatura di colata e di prova e la velocità di trazione.
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Fig-2 Test di duttilità
Prova di punto di rammollimento
Il punto di rammollimento indica la temperatura alla quale il bitume raggiunge un particolare grado di deformazione per effetto del calore nelle condizioni di prova specificate. La prova viene condotta utilizzando l’apparecchiatura palla-anello.
Un anello di ottone contenente il campione di bitume viene sospeso in un liquido come acqua o glicerina a una determinata temperatura. Una sfera d’acciaio viene posta sul campione di bitume e il mezzo liquido viene riscaldato a una velocità di 5°C al minuto. La temperatura viene rilevata quando il bitume ammorbidito tocca la piastra metallica che si trova a una determinata distanza.
Il termine “punto di rammollimento” si riferisce alla temperatura alla quale il bitume si rammollisce in un determinato grado nelle condizioni di prova. In genere, un punto di rammollimento più alto indica una minore suscettibilità alla temperatura ed è preferibile nei climi caldi.
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Fig-3 Configurazione di prova di punto di rammollimento
Prova di viscosità
La consistenza del materiale bituminoso è nota come viscosità e serve come indicatore della resistenza al flusso.
Questa caratteristica ha un effetto sostanziale sulla resistenza dei conglomerati alla temperatura di applicazione. Sono stati riscontrati valori di stabilità inferiori quando si mescolano o si compattano materiali con viscosità non ottimale.
I bassi valori di stabilità sono causati dall’alta viscosità, che resiste allo sforzo di compattazione e determina un conglomerato eterogeneo. Inoltre, a bassa viscosità, lubrifica le superfici delle particelle degli aggregati anziché formare un film uniforme sugli stessi. Sono disponibili diversi tipi di viscosimetri, ma per dedurre la viscosità di leganti liquidi come flussati ed emulsioni, si utilizzano viscosimetri a orifizio.
In condizioni di prova standard e a una temperatura predeterminata, il tempo necessario a 50 ml di materiale bituminoso per passare attraverso l’orifizio di una coppa determina la viscosità, espressa in secondi.
Fig-4 Prova di viscosità
Prova di punto di infiammabilità
Il punto di infiammabilità è la temperatura più bassa alla quale una fiamma provoca l’incendio dei vapori di un materiale, sotto forma di lampo, in specifiche condizioni di prova. I materiali volatili si infiammano, il che è estremamente pericoloso, per cui è fondamentale specificare questa temperatura per ogni qualità di bitume.
Più bassa è la temperatura del punto di infiammabilità, più alta è la suscettibilità del materiale a prendere fuoco. In altre parole, più alte sono le temperature del punto di infiammabilità, più sicuro è il materiale.
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Prova di densità e distillazione
Normalmente la consistenza del materiale bituminoso può essere misurata con la prova di penetrazione o con quella di viscosità. Tuttavia, per una certa gamma di consistenze, questi test non sono applicabili e si ricorre a prove di “Float test”.
L’apparecchiatura consiste in uno stampo di alluminio e in un collare di ottone riempito con il bitume da testare. Il provino nello stampo viene raffreddato a una temperatura di 50°C e avvitato al collare. L’intero gruppo di prova viene fatto galleggiare nel bagno d’acqua a 50°C e il tempo necessario all’acqua per passare attraverso il collare viene annotato in secondi. Le prove di distillazione sono fondamentali per identificare la presenza di costituenti volatili e la quantità di residui non volatili nel bitume.
L’apparato Dean Stark viene utilizzato per determinare la presenza di acqua, che deve essere mantenuta al minimo per evitare problemi di schiumosità. Infine, l’apparecchio Fraas può essere utilizzato per determinare il punto di rottura a bassa temperatura dei leganti.
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