Advanced Experimental Study on Rheological and Mechanical Properties of Hot Recycled Bituminous Materials with High RAP Content

Recycling is a major challenge to address in road materials design. The inclusion in new asphalt mixtures of high amounts of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP), coming from the milling of old pavements, provides economic and environmental benefits, particularly when referred to hot recycling since this technique allows the concurrent exploitation of bituminous and aggregate components of asphalt mixtures. Currently, the maximum amount of RAP commonly used is limited due to lack of experience and scientific proofs of the possibility to include RAP without penalizing pavement performance. The PhD research aimed at scientifically verifying advantages and disadvantages of hot recycled mixtures containing high RAP content. To this aim, a wide experimental program was carried out involving advanced chemical, rheological and mechanical analysis on a wide set of bitumens, laboratory and in plant asphalt mixtures. The latter were used to realize three full scale experimental sections along an in-service Italian highway. Besides the traditional laboratory investigations, innovative test protocols and data analysis were elaborated to address those issues not properly investigated yet, such as self-healing, adhesion, RAP bitumen re-activation degree, relaxation properties. Optimum correlation was found between the results collected in each laboratory step, hence demonstrating the scientific validity of the laboratory investigations performed and the reliability of the new test and analysis methods proposed. Based on the overall findings, no elements which discourage the use of high amount of RAP were identified. On the contrary, the study demonstrated that with proper mix design and specific precautions (e.g. RAP fractioning, gradation optimization, standardized production process) the adding of RAP guarantees optimum rheological and mechanical properties, and enhances mixture performance in terms of rutting, fatigue and thermal cracking, main distresses of a flexible pavement.

Oggigiorno, la produzione di conglomerati con elevate percentuali di fresato (RAP) rappresenta una delle maggiori sfide da affrontare. L’inclusione di RAP garantisce vantaggi in termini ambientali ed economici, soprattutto tramite riciclaggio a caldo, tecnica che permette il simultaneo sfruttamento della fase bituminosa e lapidea di una miscela. Attualmente i quantitativi di RAP comunemente utilizzati sono limitati data la mancanza di esperienza e di prove scientifiche che dimostrino la possibilità di includere fresato senza penalizzare le prestazioni della pavimentazione. L’attività di dottorato si è posta l’obiettivo di investigare in modo rigoroso vantaggi e svantaggi di miscele riciclate a caldo con elevate percentuali di RAP. A tal fine, è stato realizzato un vasto programma sperimentale comprendente avanzate analisi chimiche, reologiche e meccaniche su un’ampia gamma di materiali (bitumi, miscele di laboratorio e miscele realizzate in impianto). Oltre alle comuni indagini di laboratorio, sono stati elaborati innovativi protocolli di prova e metodi di elaborazione per l’analisi di problematiche non ancora propriamente affrontate in ambito scientifico (i.e. auto-riparazione, adesione, ri-attivazione del bitume nel RAP, proprietà di rilassamento). L’ottima correlazione riscontrata fra i risultati dei diversi step di laboratorio dimostra la validità scientifica delle indagine effettuate e dei nuovi protocolli e metodi di analisi proposti. Sulla base dell’intero studio sperimentale, non emergono elementi che scoraggino l’uso di alte percentuali di RAP. Al contrario, i risultati dimostrano che tramite un accurato mix design e l’adozione di specifici accorgimenti (e.g. vagliatura del RAP in più frazioni, standardizzazione del processo produttivo) l’aggiunta di fresato può significativamente migliorare le prestazioni della pavimentazione, garantendo ottime proprietà reologiche e meccaniche.